Boussole cosmique : pourquoi la Galaxie cède du terrain plus tôt qu'on ne le pensait ✛
Le ciel nocturne semble paisible, mais en réalité il est traversé par une pluie invisible de particules chargées : les rayons cosmiques. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à comprendre où naissent les plus énergétiques d'entre eux. Jusqu'à récemment, on pensait que notre Galaxie fournissait des particules jusqu'à une énergie d'environ 4 EeV, ce qu'on appelle la « cheville » du spectre. Mais de nouvelles données obligent à revoir cette limite.
Les astrophysiciens ont construit un modèle à trois composantes : le fer galactique, les particules extragalactiques et une mystérieuse « composante B », des noyaux intermédiaires dont l'origine était la question principale. En comparant les prédictions aux données de l'observatoire Pierre Auger, ils ont découvert que l'explication purement extragalactique ne fonctionne pas, car en dessous de 4 EeV, l'aiguille de la boussole pointe vers le centre de la Galaxie. Mais les sources galactiques ne suffisent pas non plus : la modélisation montre qu'elles produiraient un tremblement trop fort de l'aiguille.
Par exemple, le microquasar Cygnus X-3, situé à 9,4 kiloparsecs de nous, n'aurait pas eu le temps de livrer des particules aux énergies requises au cours de sa courte vie, seulement 0,4 million d'années. Et le centre galactique exigerait une luminosité comparable au budget énergétique total. Même les plus puissantes « usines à particules » ne peuvent pas expliquer ce que l'on observe.
La solution s'est avérée élégante : la queue du fer galactique (15 %, 10 % et 5 % dans trois intervalles d'énergie) plus une composante B extragalactique isotrope. Ce modèle décrit parfaitement toutes les données : χ²/ndf = 11,1/6 contre 59,8/6 pour l'alternative. Cela signifie que la transition des rayons galactiques aux rayons extragalactiques commence dès l'énergie du deuxième genou, et non à la cheville.
Désormais, la boussole cosmique indique une nouvelle direction pour les recherches futures : préciser la composition des particules dans cette gamme et mesurer le vecteur complet du dipôle. Peut-être que dans quelques années, nous saurons quelles galaxies lointaines nous envoient leurs salutations chargées.
Le microquasar Cygnus X-3, l'un des candidats pour la composante B, se trouve à environ 9,4 kpc, mais son âge est estimé à moins de 0,4 million d'années. Cela ne suffit pas pour que les particules d'énergie inférieure à 1 EeV aient eu le temps d'atteindre la Terre, même si la source était suffisamment puissante.
L'idée que les rayons cosmiques puissent provenir de noyaux actifs de galaxies ou de microquasars rappelle les intrigues de science-fiction où de puissants objets astrophysiques servent d'accélérateurs naturels. Par exemple, dans le roman d'Alastair Reynolds, « L'Espace de la révélation », il est fait mention de jets relativistes capables d'accélérer des particules à des énergies extrêmes.