rayonnement gamma

La lueur bleue dans l'eau autour d'un réacteur nucléaire est une lumière qui naît lorsqu'une particule chargée dépasse la lumière dans ce milieu. L'effet a été découvert par Pavel Tcherenkov en 1934, et la théorie a été donnée par Igor Tamm et Ilia Frank.

Une particule d'énergie $$10^{18}$$ eV frappe l'atmosphère terrestre, c'est comme si une balle de tennis lancée à 200 km/h heurtait un mur. D'où viennent de tels projectiles, les astrophysiciens en débattent depuis des décennies.

Au centre de la Voie lactée, là où le trou noir supermassif Sagittarius A* brasse les nuages de gaz comme un moulin broie le grain, les astronomes ont capté un pouls irrégulier. Le rayonnement gamma, la lumière la plus énergétique de l'Univers, n'y parvient pas en une onde régulière, mais avec une cassure, comme si le cœur de la Galaxie battait avec des irrégularités.

Les rayons gamma sont la lumière la plus énergétique de l'Univers. Mais une partie d'entre eux, d'énergie intermédiaire, est restée longtemps invisible : les instruments ne pouvaient pas les détecter, laissant un vide dans le ciel. Les scientifiques l'appellent le « vide du MeV », d'après l'unité d'énergie que portent ces rayons.

Dans le ciel austral, derrière un épais rideau de poussière, se cache une source de rayons gamma — la lumière la plus énergétique de l'Univers. Elle brille si intensément qu'on la voit même à travers ce rideau, mais l'objet lui-même reste invisible. Les astronomes ont pointé le radiotélescope ALMA vers les nuages de gaz voisins et ont vu un motif qui a trahi l'invisible.

La matière noire est l'armature invisible de l'Univers. Elle existe, c'est évident d'après le mouvement des étoiles et des galaxies, mais de quoi est faite cette armature, on l'ignore encore. Une hypothèse : des particules ultralégères, semblables aux axions.

L'électron n'est pas un simple point. C'est un nuage de probabilité, étalé dans l'espace. Lorsque ce nuage entre en collision avec une impulsion laser puissante, il peut émettre un photon de haute énergie — un quantum gamma.

L'Univers ressemble à une immense charpente invisible. Nous ne la voyons pas directement, mais nous savons qu'elle existe : c'est grâce à elle que les galaxies et les amas tiennent ensemble. Cette charpente, c'est la matière noire. La version la plus populaire dit qu'elle est « froide » et qu'elle est constituée de particules lourdes et lentes.

Huit points brillants dans le ciel radio. C'est le même quasar HS 0810+2554, dont la lumière a traversé une lentille gravitationnelle — une galaxie massive au premier plan.

Le mystère de l'antimatière dans l'espace n'a cessé de hanter les astrophysiciens : d'où viennent les positons qui se déposent comme des flocons de neige dans les détecteurs ? La réponse pourrait se cacher dans le fond gamma le plus omniprésent. L'Univers est imprégné d'une lumière diffuse — le fond photonique cosmique (CPB).

En 2021, l'observatoire LHAASO a détecté des rayons gamma d'énergie supérieure à l'électron-volt-péta provenant de sources comme la nébuleuse du Crabe — un reste d'explosion de supernova au centre duquel pulse une étoile à neutrons.

Une enquête cosmique longue d'une décennie et demie a livré un indice inattendu. Le télescope Fermi, qui scrute le ciel en rayons gamma, a détecté une lueur régulière et faible qui enveloppe toute la Voie lactée. Elle ne ressemble ni à la lumière des étoiles ni à celle d'un gaz chaud — plutôt à une brume ténue mais omniprésente.

La collision de deux étoiles à neutrons est une forge cosmique où se créent en quelques secondes les éléments les plus lourds du tableau périodique. En 2017, les détecteurs ont capté les ondes gravitationnelles d'une telle fusion, et les télescopes ont observé une lueur — une kilonova.

Dans la constellation de l'Aigle, à environ 40 000 années-lumière de nous, fonctionne l'un des accélérateurs naturels les plus puissants de la Galaxie. Il s'agit du microquasar GRS 1915+105, une paire composée d'une étoile ordinaire et d'un trou noir.

Un phare envoie son signal à travers une tempête de miroirs — c'est à peu près ce que vivent les sursauts radio rapides lorsqu'ils tentent de quitter les environs d'un magnétar. Un magnétar est une étoile à neutrons dont le champ magnétique est un quadrillion de fois plus intense que celui de la Terre.

Les étoiles naissent dans des nuages froids de poussière cosmique et d'hydrogène. À l'intérieur de ces cocons, les protoétoiles – les noyaux des futures étoiles – ont longtemps été considérées comme de simples amas chauds.

Les blazars sont de longs faisceaux émis par les trous noirs au centre des galaxies. Les sursauts gamma sont de très brèves éruptions lors de l'explosion d'une supernova ou de la fusion d'étoiles à neutrons.

La lumière traverse un film froissé – et en ressort légèrement modifiée. C'est à peu près ce que ressentent les ondes gravitationnelles nées dans l'Univers primordial lorsqu'elles traversent la répartition grumeleuse des galaxies et de la matière noire.

Au centre de presque chaque grande galaxie vit un trou noir supermassif — un géant silencieux autour duquel tourbillonnent étoiles, gaz et d'autres trous noirs plus petits. De temps en temps, l'un de ces objets quitte son orbite et commence à tomber vers le monstre central en une spirale de plus en plus serrée.

Une nuée de minuscules boules de glace est éparpillée dans une pièce chaude. Certaines fondent plus vite, d'autres plus lentement, mais lorsqu'il ne reste que des traces humides, elles disparaissent toutes de la même manière : la dernière goutte s'évapore selon la même loi.

Une étoile morte dont le champ magnétique est des milliards de fois plus intense que celui de la Terre : voilà un magnétar. Sa croûte se fissure, libérant dans l'espace un puissant sursaut de rayons X. Mais une partie de cette lumière ne nous parvient pas sous sa forme habituelle.

Les ondes gravitationnelles sont des oscillations de la trame même de l'espace-temps, semblables aux vibrations d'une corde cosmique géante.

L'onde de choc jaillit de la surface de l'étoile – et, l'espace d'un instant, naît un éblouissant éclat d'ultraviolet et de rayons X. C'est précisément un tel événement, nommé EP260321a, que le télescope spatial Einstein a repéré en mars 2026. La lumière a mis environ 450 millions d'années pour nous parvenir.

Un laser d'usine, qui sur les chaînes de production découpe et soude le métal, a été utilisé pour la première fois comme accélérateur de particules.

Des cosmologistes ont organisé une confrontation entre deux types d'explosions cosmiques. Les supernovae de type Ia sont des étoiles qui s'embrasent avec une luminosité presque identique, ce qui en fait des balises fiables pour mesurer les distances dans l'Univers.

Un trou noir, c'est une poche cosmique dans laquelle tout tombe, même la lumière. Mais les travaux pionniers de John Archibald Wheeler, Stephen Hawking et Roger Penrose ont montré que, parfois, à cause de l'immense courbure de l'espace-temps…

Un tambour géant vient de recevoir un coup. Sa membrane vibre encore, mais en plus du bourdonnement principal, une fine ondulation se propage à sa surface — comme si un doigt avait effleuré la peau tendue.

Une ville vue de nuit : des lampadaires éclatants, des fenêtres illuminées, des phares de voitures. Les astronomes voient le centre de notre Galaxie à peu près de la même manière — mais non pas en lumière visible, en rayons gamma. Et là, parmi les lueurs familières, se dessine une étrange lueur régulière. On ne peut l'attribuer à aucune source connue.

Un projecteur brille de plus en plus fort, mais à un certain seuil, l'ampoule grille soudainement — et la lumière s'arrête. C'est un peu ce que les astrophysiciens ont observé avec le lointain blazar Markarian 421.

Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers était un chaudron bouillonnant. Mais ensuite, selon cette nouvelle hypothèse, il a brutalement refroidi pendant un court instant — bien plus que ce que l'on pensait auparavant.

Une lampe de poche n'éclaire pas en un cercle uniforme, mais en une tache brillante au centre et un halo flou sur les bords. Si on l'éteint rapidement, ce sont les bords qui s'éteignent en dernier — et la manière dont la lumière décline permet de deviner la forme du réflecteur.

Le centre de la Voie lactée a longtemps laissé les astronomes perplexes : autour du trou noir supermassif Sagittaire A*, on observe un excès de rayonnement gamma — la forme la plus énergétique des ondes électromagnétiques.

Au cœur même de la Voie lactée, quelque chose brille — mais pas d'une lumière stellaire, plutôt de rayons gamma invisibles à l'œil.

Les ondes radio émises par un sursaut gamma — la mort d'une étoile massive qui éclipse brièvement une galaxie — nous parviennent polarisées, oscillant dans un plan unique, telle l'aiguille d'une boussole figée dans un champ magnétique. Pour la première fois, les astronomes ont lu les indications de cette aiguille cosmique.

Chaque seconde, nous sommes traversés par des projectiles invisibles venus des profondeurs du cosmos. Ce sont les rayons cosmiques — des noyaux atomiques propulsés à des vitesses presque indiscernables de la vitesse de la lumière. Leur énergie dépasse de centaines de millions de fois celle accessible à nos accélérateurs les plus puissants.

Un sursaut gamma, c'est comme un coup de canon cosmique. D'abord un bref éclair de lumière, puis une extinction. Mais à l'intérieur de cet éclair, tout n'est pas si simple : sa couleur et sa luminosité ne changent pas en même temps.

Au cœur même de la Voie lactée, quelque chose émet continuellement une lueur gamma. Cette lumière est particulière : son énergie est exactement de 511 000 électronvolts. Une telle énergie apparaît lorsqu'un électron rencontre son antiparticule, le positron, et que les deux s'annihilent en laissant une bouffée de lumière.

Lorsqu'un faisceau d'ions carbone pénètre dans le corps, il ne libère pas son énergie immédiatement, mais au bout de son trajet, comme un coureur qui donne tout sur la ligne d'arrivée. Les médecins doivent connaître ce point d'arrivée pour ne pas endommager les tissus sains. Mais comment voir à l'intérieur du corps sans incision ?

Un atome dans un piège lumineux ressemble à une bille au fond d'un petit creux : il tremble, mais ne saute pas. La lumière qui maintient l'atome le pousse aussi légèrement – et plus les poussées sont fortes, moins on voit bien l'atome.

Le sursaut gamma GRB 221009A a brillé si intensément qu'on l'a surnommé « le plus brillant de tous les temps ». L'observatoire LHAASO a capté de lui des photons gamma d'une énergie allant jusqu'à 13 TeV — soit des milliers de fois plus que l'énergie des particules dans un appareil de radiographie.