Une pierre tombe dans un étang, et des cercles se propagent à la surface de l'eau. Ainsi, la lumière des galaxies lointaines se diffuse dans toutes les directions — calmement et régulièrement. Mais au centre de certaines galaxies se cache non pas une pierre, mais un véritable canon : il projette des particules avec une force monstrueuse. Les astronomes appellent ces objets HSP BL Lac. Ce sont des noyaux actifs de galaxies où un trou noir supermassif enroule la matière en un disque et éjecte d'étroits jets de plasma dirigés presque droit vers nous.
Dans ces jets, les particules sont accélérées à des énergies des millions de fois supérieures à leur énergie de masse. Les électrons tournent dans le champ magnétique et émettent de la lumière. La fréquence de cette émission trahit leur énergie furieuse — le pic se situe dans l'ultraviolet et les rayons X (fréquence supérieure à 10 puissance 15 hertz). Comme si une ampoule ordinaire se mettait soudain à briller un million de fois plus fort et passait à des rayons invisibles à l'œil. Ce sont précisément ces objets qui sont les principaux suspects dans la production des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie et des neutrinos d'énergie supérieure à des centaines de téraélectronvolts.
Mais cette simplicité n'est qu'apparente. Pour produire des rayons cosmiques d'énergie supérieure à 10 puissance 19 électronvolts (c'est comme l'impact d'une balle de tennis comprimé dans une seule particule subatomique), les jets doivent transporter une énergie colossale. Et sous forme de particules lourdes, pas seulement d'électrons légers. Les calculs montrent qu'il faudrait trop de « carburant ». Le budget énergétique de ces objets est à la limite. De plus, l'observatoire Pierre Auger voit dans la composition des rayons plus de noyaux lourds que de protons, et les directions d'arrivée sont presque uniformément réparties dans le ciel. Cela s'accorde mal avec de rares « canons » tirant un faisceau étroit. Peut-être la solution réside-t-elle dans les champs magnétiques qui emmêlent les trajectoires. Ou dans le fait que les jets « respirent » — tantôt se rétrécissent, tantôt s'élargissent, changeant de visée.
De nouveaux instruments — IceCube-Gen2, KM3NeT, le réseau de télescopes Tcherenkov CTAO, le polarimètre à rayons X IXPE et des détecteurs de rayons cosmiques modernisés — permettront de mesurer les paramètres clés. D'où viennent les neutrinos ? Comment la lumière des éruptions est-elle polarisée ? De quoi sont exactement constitués les rayons d'énergie extrême ? Les réponses montreront si ces canons cosmiques sont vraiment les principaux accélérateurs de l'Univers. Ou si le titre reviendra à une autre classe d'objets. Et alors, les cercles à la surface de l'eau des galaxies lointaines nous en diront bien plus qu'aujourd'hui.
L'énergie d'un proton d'ultra-haute énergie est approximativement égale à l'énergie cinétique d'un moustique en vol, mais comprimée dans un volume des milliards de fois plus petit que le noyau atomique.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, le signal des extraterrestres provient de l'étoile Véga, mais dans l'intrigue, il est modulé par un flux de neutrinos — précisément ces particules que l'on capture aujourd'hui depuis les blazars.