L'orchestre hybride du Pévatron : une symphonie de particules aux limites ✛ ✎ ✦

Au cœur de la Galaxie, à environ 7 000 parsecs, se cache un véritable accélérateur naturel. C'est une étoile à neutrons en rotation effrénée — un pulsar nommé PSR J1849-0001, vestige d'une explosion de supernova. Il y a un demi-siècle, Jocelyn Bell Burnell les a découverts, et Fritz Zwicky les avait prédits encore plus tôt. Longtemps, les pulsars ont été considérés comme de simples balises cosmiques. Mais cet exemplaire s'avère capable de bien plus. Son rayonnement gamma, détecté par l'observatoire LHAASO, atteint 2 pétaélectronvolts — une énergie deux cents fois supérieure à celle du Grand collisionneur de hadrons. Un tel objet est appelé Pévatron, et il est directement lié au mystère de l'origine des rayons cosmiques les plus énergétiques.

Imaginez un orchestre où, au lieu de violons et de trompettes, ce sont des particules élémentaires qui jouent, et où le compositeur est le pulsar lui-même. Son vent gonfle autour de lui un plérion — une nébuleuse lumineuse, une fosse d'orchestre cosmique. Ici, les électrons, accélérés à une vitesse proche de celle de la lumière, commencent leur partition : ils diffusent les quanta du Fond diffus cosmologique — la lueur résiduelle du Big Bang. Cet effet Compton inverse produit un rayonnement gamma allant jusqu'à quelques Tév. Mais pour les notes les plus hautes — ces fameux 2 Pév — il faut d'autres instruments. Entrent en scène les protons, de lourdes particules nucléaires accélérées dans le même plérion. Ils quittent la nébuleuse et percutent un immense nuage d'hydrogène moléculaire voisin, générant des cascades de pions neutres qui se désintègrent instantanément en rayons gamma. Ainsi naît une symphonie hybride — électrons et protons jouent à l'unisson, couvrant tout le spectre, des rayons X jusqu'à la limite.

Comment s'assurer qu'il s'agit d'un duo et non d'un solo ? Les preuves ont été rassemblées par des méthodes de spectroscopie et de photométrie — des mesures de flux à différentes longueurs d'onde. Un modèle purement électronique sonne faux dans les aigus, exigeant une coupure artificielle du spectre, tandis qu'un modèle purement protonique manque de volume dans l'éclat gamma le plus brillant. Le scénario hybride, en revanche, sonne clair et tombe juste : le rayonnement le plus dur coïncide spatialement avec le nuage d'hydrogène. Le champ magnétique dans la nébuleuse n'est que de 4 microgauss, comme une fosse d'orchestre qui empêche les musiciens de s'éparpiller sans entraver leurs mouvements.

Cette découverte force à reconsidérer le rôle des vieilles nébuleuses de pulsar dans le remplissage de la Galaxie en rayons cosmiques. Peut-être que ce sont précisément ces Pévatrons hybrides, et non les jeunes restes de supernova, qui dominent dans la région de la cassure du spectre — le mystérieux « genou » à des énergies d'environ 3 Pév. La prochaine étape : capturer l'écho neutrino. Si les processus hadroniques battent leur plein, des télescopes à neutrinos comme NEON détecteront ces messagers sans masse, confirmant que le pulsar joue de deux instruments à la fois. Et peut-être que le fond galactique de rayons cosmiques n'est pas un bruit, mais une symphonie polyphonique de ces orchestres hybrides disséminés dans la Voie lactée. Nous aurions alors une clé universelle pour trouver d'autres supercollisionneurs naturels.