vendredi 25 juillet 2014

Une Méga-Tempête Solaire Evitée de Peu il y a 2 ans

Que faisiez-vous le 23 juillet 2012 ? Ce jour aurait pourtant pu devenir un jour historique, un jour terrible. En effet le Soleil ce jour-là a failli nous renvoyer à l’ère pré-industrielle pendant un moment à cause d’une gigantesque tempête solaire jamais vue depuis plus de 150 ans…


Daniel Baker, chercheur à l’université du Colorado a publié en décembre de l’année dernière dans Space Weather avec des collègues de plusieurs universités américaines les résultats qu’ils ont pu obtenir avec le satellite STEREO-A qui étudie le Soleil. Leur étude décrit comment une éjection de masse coronale ultra puissante a traversé l’orbite terrestre à un endroit où était passé notre planète à peine une semaine auparavant.
Il faut savoir que les tempêtes solaires qui se manifestent par des éjections de plasma constituent un risque très sérieux pour toutes les formes de haute technologie, en fait tout ce qui est fondé sur l’utilisation de l’électricité.

Une grosse tempête solaire commence par une sorte d’explosion magnétique le plus souvent au niveau d’une tache solaire. Des rayons X et du rayonnement UV atteignent la Terre à la vitesse de la lumière (en 8 minutes) et vont ioniser les couches supérieures de l’atmosphère, pouvant produire des blackouts radio et des erreurs sur les GPS par exemple. Quelques minutes à quelques heures plus tard, des particules énergétiques arrivent (électrons et protons). Ces dernières, accélérées par l’onde de choc initiale vont endommager les électroniques des satellites en orbite.

Puis viennent ensuite les fameuses éjections de masse coronale (CME en anglais) : des milliards de tonnes de plasma magnétisé qui prennent environ une journée pour traverser la distance Soleil-Terre.
Vue d'artiste de STEREO (NASA)
Les spécialistes estiment qu’un choc direct avec une éjection coronale extrême comme celle de juillet 2012 aurait causé des perturbations massives de tous les systèmes électriques sur l’ensemble des continents, détruisant potentiellement de nombreux systèmes électriques branchés à une prise secteur… Avant juillet 2012, lorsque les spécialistes du domaine parlaient de tempêtes solaires extrêmes, ils évoquaient toujours l’événement de Carrington de septembre 1859, du nom de l’astronome anglais Richard Carrington qui eut la chance de voir de ses yeux l’éruption correspondante. Dans les jours qui suivirent son observation, une série d’intenses éjections de masses coronale frappèrent la Terre et de nombreux phénomènes magnétiques furent relevés. Des aurores furent observées jusqu’à des latitudes très basses, jusqu’à Cuba !.. Des lignes de télégraphe entières (l’internet de l’époque) furent détruites avec l’apparition d’incendies dans certains centraux.

Une tempête solaire du même type aujourd’hui (ou en 2012) aurait un effet catastrophique. D’après une étude de la National Academy of Science aux Etats-Unis, l’impact économique global pourrait dépasser 2000 milliards de dollars. De nombreux systèmes électriques de distribution comme des gros transformateurs, endommagés simultanément, pourraient prendre plusieurs années à remettre en fonction.
D’après Daniel Baker, la tempête de juillet 2012 était au moins aussi puissante que celle de 1859, la seule différence est qu’elle a raté la Terre…

Quelques mois avant, en février 2012, le physicien Pete Riley publiait un article toujours dans Space Weather dans lequel il calcule la probabilité d’occurrence de tempêtes solaires extrêmes. Il y analyse les enregistrements des tempêtes solaires sur plus de 50 ans. En extrapolant la fréquence des tempêtes « ordinaires » par rapport à celle des tempêtes extrêmes, il obtient un résultat qui peut faire un peu peur : une tempête extrême de classe Carrington doit frapper la Terre dans les 10 ans à venir avec une probabilité de 12%. Comme c’était il y a deux ans, on dira dans les 8 ans à venir…

Dans son étude, Riley a regardé un paramètre important, appelé le DST (Disturbance Storm Time), qui est une valeur mesurée sur des magnétomètres  autour de l’équateur. Le DST mesure comment le champ magnétique terrestre est perturbé par des interactions de plasma solaire. Plus une tempête solaire est importante plus le DST a une valeur négative. Des tempêtes géomagnétiques classiques qui produisent de belles aurores boréales ont un indice de DST de l’ordre de -50 nanoTesla. La plus grosse tempête géomagnétique jamais enregistrée, en mars 1989, qui paralysa une grande partie du Québec avait un DST de -600 nT. Des estimations pour l’événement de Carrington de 1859 s’échelonnent entre -800 nT et -1750 nT. Baker et al. ont également évalué quel aurait été le DST de la tempête si cette masse coronale avait atteint la Terre le 23 juillet 2012 : -1200 nT, soit du même ordre voire plus important que l’événement de 1859.
Ejection de masse coronale imagée par STEREO en 2011
(le soleil est au centre du rond blanc) (NASA)
Il faut bien comprendre qu’on n’aurait jamais eu vent de la présence de cette tempête solaire géante de juillet 2012 si le satellite STEREO-A n’en avait pas détecté les effets depuis son orbite héliocentrique. Grâce à ce satellite, nous connaissons maintenant quelques détails peut-être cruciaux sur ces éjections de masse coronale, que ce soit leur structure magnétique, le type d’onde de choc et de particules énergétiques associées et surtout le nombre d’éjections moins intenses associées à l’éjection géante. Car la région active du Soleil responsable de ce phénomène n’a pas produit une seule grosse éjection de plasma mais plusieurs, probablement au moins deux principales séparées de 15 minutes, qui suivaient une autre éjection moins intense quatre jours plus tôt. Cette première quelques jours avant a eu en quelque sorte pour effet de « nettoyer » le chemin, permettant aux éjections postérieures de ne pas subir de « ralentissement » dans leur course.
Cette observation de la présence de multiples éjections associées à une éjection géante est à mettre en relation avec le fait que l’événement de Carrington de 1859 lui aussi semble avoir montré de multiples éruptions, ce qui pourrait fournir une clé pour comprendre ces phénomènes extrêmes.

Combien de telles tempêtes solaires potentiellement destructrices ont eu lieu en ratant de peu l’orbite de la Terre ? Nul ne le sait et pas grand monde n’a conscience de ce danger. Mais si les calculs de Pete Riley sont corrects, nous ne devrions pas nous désintéresser de ce phénomène. A défaut de pouvoir le prévoir, nous pourrions au moins nous y préparer.


Réferences:

Near Miss: The Solar Superstorm of July 2012
Tony Phillips

A major solar eruptive event in July 2012: Defining extreme space weather scenarios
D. Baker et al.
SPACE WEATHER, VOL. 11, 585–591 (2013)

Simulation of the 23 July 2012 extreme space weather event: What if this extremely rare CME was Earth directed?
C. Ngwira et al.
SPACE WEATHER, VOL. 11, 671–679 (2013)

On the probability of occurrence of extreme space weather events
Pete Riley
SPACE WEATHER, VOL. 10, (2012)

mercredi 23 juillet 2014

Les Galaxies Naines Semblent Bien Tourner dans un Même Plan

Donc, notre galaxie et sa voisine la galaxie d'Andromède ne seraient pas des exceptions.... On pouvait quand-même s'y attendre, il n'y avait aucune raison pour que ces deux galaxies soient spécifiques quant à la rotation de leurs galaxies satellites.


Je vous avais relaté l'observation de l'existence d'une sorte de plan de rotation des galaxies naines autour de la galaxie d'Andromède en janvier 2013. Et il faut dire que cette nouvelle s'était répandue comme une traînée de poudre dans les grands médias, au-delà des journaux et blogs scientifiques, mais pas forcément pour des raisons scientifiques... 
Vue d'artiste du phénomène observé
(credit : Geraint Lewis)
Si vous vous en souvenez, cette étude avait fait la une de la revue Nature, ce qui est très bien pour leurs auteurs, mais ce qui a déclenché ce gros buzz à l'époque c'est que le nom du premier auteur de l'article était celui d'un gamin de 15 ans, le fils de l'astronome étant à l'origine de cette recherche avec toute une équipe d'astrophysiciens internationaux. Et ledit gamin ayant fait un petit stage de découverte de 3ème à l'observatoire où travaille son père avait été opportunément propulsé en premier auteur de l'article, les médias criant alors tous au "génie qui défie Einstein"... alors que...
Bon, et bien, aujourd'hui, on remet ça ! Il se trouve que cette toute nouvelle étude, qui prend la suite de cette dernière, a également été publiée dans le fameux Nature, et que son premier auteur est à nouveau ce gamin qui affirme travailler pour (défense de rire) le Lycée International de Strasbourg (très connu dans le monde de l'astrophysique comme chacun le sait...). Evidemment, son bon papa, astronome à l'observatoire de Strasbourg, est le deuxième auteur dans la liste (et ne s'y trompons pas probablement le véritable premier auteur).

La Une de Nature du 3 janvier 2013
Bon, venons à la science car c'est ce qui est intéressant ici. L'étude de janvier 2013 avait montré que les galaxies naines associées à la grosse galaxie M31 gravitaient autour d'elle dans le même plan, ce qui est totalement incompris, puisque d'après ce que l'on croit savoir sur les galaxies, les galaxies satellites doivent tourner autour de leur galaxie géante n'importe comment, sans direction privilégiée. Et il se trouve qu'on avait également quelques indices montrant que les galaxies naines situées autour de notre galaxie semblaient elles aussi alignées dans un même plan.

Les astronomes français et australiens ont donc voulu savoir si on pouvait observer le même phénomène sur d'autres galaxies plus lointaines. Ils se sont donc plongés dans une vaste base de données de galaxies, le Sloan Digital Sky Survey pour en extraire les données de décalage spectral des galaxies naines satellites de plusieurs centaines de grandes galaxies. 
Ils montrent qu'il existe effectivement un effet systématique : en regardant des galaxies naines diamétralement opposées autour d'une galaxie géante donnée, ils montrent qu'elles ont des vitesses anti-corrélées : l'une va dans une direction et l'autre dans la direction opposée. Et lorsqu'on observe la distribution spatiale d'autres galaxies naines plus éloignées du centre galactique, elles se retrouvent avec une forte probabilité dans un plan défini par l'axe joignant la paire de galaxies naines anti-corrélées. Les galaxies naines semblent donc tourner systématiquement autour des grosses galaxies dans un même plan. 

Cette confirmation va poser quelques soucis aux astrophysiciens qui vont devoir revoir pas mal de leurs modèles concernant les galaxies : un truc cloche mais quoi ? Matière noire ? Gravitation ? Modèle de formation des galaxies ? Nature des galaxies naines ? Un peu tout ça en même temps ? C'est avec de nouvelles observations incomprises que l'astrophysique avance. En ce sens, cet article est une très bonne nouvelle, même si le prénom qui sera cité en parlant de cette étude n'est sans doute pas vraiment l'auteur principal de ce travail...


Référence : 

Velocity anti-correlation of diametrically opposed galaxy satellites in the low-redshift Universe
Neil  Ibata, Rodrigo  Ibata, Benoit Famaey & Geraint Lewis
Nature (2014), Published online 20 July 2014


mardi 22 juillet 2014

G2 ou le Flop du Trou Noir

Je vous en avais parlé le 16 mai 2013, puis à nouveau le 12 janvier 2014, il faut que je revienne un instant sur G2. Les astrophysiciens espéraient voir un superbe spectacle, celui d'un nuage de gaz fonçant à toute vitesse vers le trou noir supermassif de notre galaxie.



Vue d'artiste du nuage G2 autour de Sgr A*
Cela aurait pu, aurait dû être un spectacle car ledit nuage de gaz devait "rallumer" notre gros trou noir Sgr A*, qui se trouve désespérément calme. Pour étudier cet objet sombre rien de tel qu'un peu de matière pour le nourrir, ce qui aurait produit pas mal de rayonnements que nous aurions pu analyser tranquillement dans le détail. Mais il n'en fut rien. Il faut se rendre à l'évidence, il ne se passera rien cette année autour de Sgr A*. G2 n'a pas été au rendez-vous.
La raison pour laquelle il ne s'est rien passé est aujourd'hui investiguée et plusieurs hypothèses voient le jour. Une hypothèse intéressante vient d'être publiée sur le site de préprints Arxiv par une équipe allemande du Max Planck Institute. Ils suggèrent que le nuage G2 n'est pas vraiment un nuage, mais plutôt une zone dense située à l’intérieur d'un flot de matière, et qu'au lieu d'être attirée par Sgr A*, ce flot ne ferait que passer auprès du TN sans tomber dessus pour former un disque d’accrétion.

Si ç'avait été le cas, nous aurions eu droit à de belles émissions de rayons X et d'ondes radio. Evidemment, en n'étant pas accéléré à des vitesses folles, le gaz n'a aucune raison de produire de tels rayonnements. Le flot continu de matière que les astrophysiciens allemands évoquent aurait été extrait de l'enveloppe d'une étoile qui serait passée un peu trop près du trou noir il y a relativement peu de temps, environ une centaine d'années seulement.

Vue schématique du centre galactique (Nature)
Ils ont en remarqué qu'un autre nuage de gaz nommé G1, découvert il y a dix ans avait quasi la même orbite que G2 et se mouvait même dans le même plan.

L'hypothèse de l'équipe qui a scruté la zone de Sgr A* à l'aide du Very Large Telescope est que G1 et G2 font tous les deux partie du même flot de matière qui traverse la zone centrale de la Galaxie. Et c'est peu ou prou la même idée qu'avaient émise James Guillochon et Avi Loeb du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge en avril dernier dans un article paru dans the Astrophysical Journal Letters.

Andrea Ghez
(photo Kyle Alexander)
Si cela s'avère exact, il se pourrait que d'autres boursouflures gazeuses apparaissent à la suite de G2 avec pourquoi pas un passage légèrement plus près de Sgr A* avec des conséquences observables... 

Mais il existe aussi d'autres hypothèses qui voient les choses très différemment. Andrea Ghez, astrophysicienne à l'université de Californie à Los Angeles, qui s'est spécialisée dans la région de Sgr A*, pense, à partir d'autres données d'observations, qu'il y a une étoile cachée dans le "nuage" G2, rien de moins ! Son équipe fait des images de la région de Sgr A* en observant la poussière interstellaire, et tout indique selon eux la présence d'une étoile, qui par son attraction gravitationnelle, empêcherait le gaz de tomber vers le trou noir. Ils ont publié leur étude au début du mois de mai dans un Telegram of the International Astronomical Union

Quoi qu'il en soit, G2 est toujours en mouvement et pourrait traverser dans quelques années ou dizaines d'années la zone du disque de matière entourant Sgr A*. Toujours une occasion pour en savoir un peu plus sur ce qui passe là haut...


Références : 

The Galactic Center cloud G2 and its gas streamer
Oliver Pfuhl et al.
arXiv:1407.4354 , soumis à Astrophysical Journal

Detection of Galactic Center Source G2 at 3.8 micron during Periapse Passage Around the Central Black Hole
A. M. Ghez et al.
Telegram of the International Astronomical Union2 May 2014

vendredi 18 juillet 2014

67P/Churyumov-Gerasimenko : la Surprise de Rosetta

Ça c'est le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko vue par la sonde Rosetta. Chaque angle est ici espacé de 20 minutes sur cette image prise par la caméra OSIRIS de Rosetta qui était alors à environ 14000 km de la comète.

Il va falloir que la sonde dépose son atterrisseur Philae en Novembre prochain sur ce, sur cette... sur cette chose... Ne reste donc plus qu'à faire tourner les ordis, parce qu'une telle forme n'était pas tout à fait prévue par les spécialistes de l'agence spatiale européenne...


Petit Bonus de l'ESA en attendant :



mercredi 16 juillet 2014

Matière Noire : toujours pas de WIMPs, et même de Moins en Moins

Les chercheurs de matière noire allemands viennent encore de frapper droit au but. Leur expérience s'appelle CRESST II et signifie Cryogenic Rare Event Search with Superconducting Thermometers. Cette expérience est installée au laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie et si vous êtes un fidèle lecteur, vous savez que ces physiciens cherchent des WIMPs, particules hypothétiques de matière noire.



Les nouveaux résultats que nos amis allemands viennent de publier sur Arxiv (1) sont tout simplement une preuve qu'ils  font de la belle science. Vous vous souvenez sans doute que CRESST était une des trois expériences qui revendiquait avoir détecté quelques événements compatibles avec des interactions de WIMPs, c'était en 2011. Il faut désormais parler au passé car les résultats que la collaboration CRESST publie aujourd'hui viennent simplement rejeter catégoriquement les événements détectés antérieurement comme des WIMPs, qui s'avéraient donc n'être que du bruit de fond mal éliminé.
Courbes d'exclusion des WIMPs
(rouge : CRESST II, bleu plein : LUX, bleu pointillé ; XENON100, vert plein : SuperCDMS)
Ces nouveaux résultats ne montrent donc aucune WIMP à l'horizon, ce qui permet aux physiciens de CRESST de fournir une zone d'exclusion plus vaste que ce que nous connaissions auparavant, et ce surtout pour des WIMPs de très faible masse (je sais, une particule massive de très faible masse, c'est une terminologie étrange, mais disons que ça fait quelques GeV, ce qui est déjà assez massif, bref...). CRESST parvient ainsi à couvrir une zone inexplorée par les expériences concurrentes LUX, SuperCDMS ou EDELWEISS. C'est beau parce qu'ils ne s'entêtent pas face à l'évidence.

Il ne reste donc officiellement que deux expériences qui s'entêtent, elles, à revendiquer l'observation de WIMPs : l'italienne DAMA (depuis 1998) et l'américaine CoGENT (depuis 2012). Ces deux expériences là n'utilisent pas du tout les mêmes détecteurs, même si la méthode est toujours la même : détecter des collisions de WIMPs sur les noyaux d'atomes du détecteur. Le point commun de ces deux expériences est qu'elles observent une modulation annuelle de leur signal, qui correspondrait exactement à ce qu'on s'attendrait à voir si il s'agissait de WIMPs. Bien évidemment, la zone correspondante de ces signaux dans le graphe de la section efficace d'interaction en fonction de la masse de la particule est totalement exclue par toutes les autres expériences, y compris désormais CRESST.

Et voilà que quelques jours avant la publication de CRESST, un petit papier était publié (2), toujours sur le site de preprints Arxiv, par un certain Jonathan Davis de l'Université de Durham au Royaume-Uni qui propose une lumineuse explication pour le signal modulé observé par DAMA (et qui pourrait sans doute s'appliquer à celui de CoGENT).

Jusqu'ici, on pensait que tous les bruits de fond avaient été explorés pour essayer de comprendre ce signal. Un bruit de fond très intéressant est notamment constitué par le flux de muons cosmiques résiduel qui arrive encore jusqu'au laboratoire souterrain, ces muons produisant des neutrons dans des réactions secondaires sur les matériaux à fort numéro atomique, comme le plomb qui entoure les détecteurs pour les blinder contre les rayonnements gamma. Comme le flux de muons varie naturellement sur une base annuelle à cause de la variation de température dans la haute atmosphère, ils étaient un candidat parfait... Sauf que le maximum et le minimum (la phase de l'oscillation) ne correspondait pas avec celle du signal de DAMA (et de CoGENT, qui est identique).

Modélisation du signal de bruit de fond en considérant muons et neutrinos solaires (J. Davis)
Jonathan Davis s'est rendu compte qu'il existait une autre source de particules montrant une oscillation annuelle, due elle à la variation de la distance Terre-Soleil : il s'agit des neutrinos solaires provenant de l'isotope 8Be au cœur du soleil. Mais cette variation sinusoïdale du flux de neutrinos solaires a elle aussi une phase différente de celle du signal observé par DAMA, et aussi différente de celle de l'oscillation du flux de muons. Et ces neutrinos énergétiques (environ 15 MeV) produisent également des neutrons par interactions sur des noyaux lourds, bien qu'avec une section efficace très faible, mais ils ont l'avantage du nombre...

En ajustant l'amplitude de ces deux oscillations à phases différentes, on obtient une nouvelle sinusoïde ayant une phase intermédiaire. Et vous devinez ? Cette modulation prenant en compte à la fois le flux de muons et le flux de neutrinos, tous deux produisant des neutrons, colle parfaitement avec le signal observé par DAMA...
J'allais oublier : dans un détecteur de matière noire, on ne peut pas différencier un neutron d'une WIMP...

Jonathan Davis a peut-être mis le doigt sur la résolution d'un problème qui gène plus d'un chercheur de matière noire depuis 15 ans. Cette solution potentielle devrait pouvoir être testée par les expériences similaires à DAMA qui ont été lancées dans l'hémisphère sud, les phases des flux de muons devant être différentes et très vite observables.

En attendant, nous avons appris cette semaine que l'agence de financement fédérale aux Etats-Unis donnait son feu vert pour la poursuite d'une nouvelle génération d'expériences de recherche directe de matière noire :  deux cherchant des WIMPs : SuperCDMS et LZ (LUX+ZEPLIN), et une cherchant des axions : ADMX. La chasse continue...


Sources : 

(1) Results on low mass WIMPs using an upgraded CRESST-II detector
G. Angloher et al.

(2) Fitting the annual modulation in DAMA with neutrons from muons and neutrinos
Jonathan H. Davis


mardi 15 juillet 2014

26 Nouveaux Trous Noirs pour Andromède

C'est l'année dernière qu'une équipe d'astronomes américains a découvert pas moins de 26 nouveaux trous noirs dans la galaxie d'Andromède, ce qui porte à 35 le nombre de trous noirs connus dans cette galaxie sœur de la nôtre.



La galaxie d'Andromède
(zoom sur le centre en rayons X)
(NASA/Chandra X Ray Lab)
C'est bien évidemment le plus grand nombre de trous noirs jamais trouvés dans une galaxie autre que la nôtre. Cette découverte a été effectuée grâce au télescope spatial Chandra spécialisé dans la détection des rayons X.

L'équipe du Harvard-Smithonian Center for Astrophysics a utilisé 152 sessions d'observations sur Chandra espacées sur 13 ans pour trouver ces 26 trous noirs, ce qui fait en moyenne deux trous noirs trouvés par an. Pas mal pour des objets invisibles...
Les trous noirs en question sont des trous noirs stellaires, des résidus d'étoiles ayant explosé, ayant un masse comprise entre 4 fois et 10 fois celle du Soleil, rien de commun avec des trous noirs supermassifs dont nous parlons souvent ici. 

Ils ont tout de même un petit point commun, c'est que leur disque d'accrétion subit les mêmes phénomènes physiques, bien qu'à une échelle différente : l'échauffement du gaz en rotation autour de trou produit une émission intense de rayons X. Et ce sont ces rayons X que Chandra parvient à détecter et localiser.

Sept des 35 candidats trous noirs se situent dans un rayon de 1000 années-lumière seulement du centre de la galaxie, ce qui est un nombre plus important que celui des trous noirs similaires connus dans le centre de notre galaxie. Mais cette concentration n'est pas vraiment une surprise car le bulbe central d'étoiles d'Andromède est plus gros que celui de la Voie Lactée, et donc doit logiquement former plus de trous noirs stellaires.

Les trous noirs détectés dans le centre d'Andromède (cercles)
(Chandra X-Ray Observatory)
Il existe une autre différence au sujet des trous noirs peuplant les deux galaxies voisines : parmi ces 35 trous noirs d'Andromède, 8 se trouvent à l'intérieur d'amas globulaires, ces regroupements sphériques de vieilles étoiles, alors qu'aucun trou noir n'a encore pu être observé dans un amas globulaire de notre Voie Lactée...

Lorsque les deux galaxies fusionneront dans quelques milliards d'années, tous ces petits trous noirs se trouveront dispersés au sein de la galaxie elliptique géante qui résultera de la rencontre.


Référence: 

Chandra identification of 26 new black hole candidates in the central region of M31
Barnard, R. et al, 2013, ApJ 770, 148; 
arXiv:1304.7780

samedi 12 juillet 2014

Des Rayons Cosmiques Ultra-Énergétiques Concentrés dans une Petite Zone du Ciel

Les rayons cosmiques sont ces particules chargées, majoritairement des protons, mais pas uniquement, ils peuvent aussi être des petits noyaux d'atomes. Leur énergie peut être très variable, assez faible pour les nombreux protons venant du Soleil et beaucoup plus énergétiques pour ceux d'entre eux qui proviennent de l'extérieur de notre galaxie. Quand on parle d'énergie pour les rayons cosmiques, on parle d'énergie cinétique.



Alors que l'énergie de masse d'un proton (énergie au repos) vaut un peut moins de 1 GeV (1 milliard d'électron-volts), l'énergie totale des rayons cosmiques peut atteindre, pour les plus énergétiques d'entre eux jusqu'à 100 milliards de GeV. Ces rayons cosmiques hors norme sont appelés des UHECR (Ultra High Energy Cosmic Rays). Une équipe d'astrophysiciens de l'Université de l'Utah vient de mettre en évidence un phénomène étonnant : alors qu'on s'attendait logiquement à ce que tous les UHECR détectés soient répartis uniformément sur la totalité du ciel, Gordon Thomson et son équipe montrent qu'il n'en est rien ! Il existe une petite zone du ciel de l'hémisphère nord (6% de la surface du ciel) qui concentre à elle seule plus de 20% des 72 particules ultra-énergétiques détectées entre 2008 et 2013 par le Telescope Array qu'ils ont utilisé pour leur étude. Ce Telescope Array est un réseau de 500 détecteurs distribués sur une zone de 1,2 kilomètres carrés dans le désert de l'Utah.
Répartition spatiale des rayons cosmiques ultraénergétiques
(K. Kawata, University of Tokyo Institute for Cosmic Ray Research)



Or on ne sait toujours pas quelles sont les sources à l'origine de tels rayons cosmiques ultra énergétiques, ce dont on est sûr en revanche, c'est qu'ils ont la capacité de filer tout droit, leur énergie cinétique induisant une très faible déviation de leur trajectoire par des champs magnétiques galactiques. Ils peuvent venir de galaxies très très lointaines (plusieurs millions ou milliards d'années-lumière) et leur direction d'observation dans le ciel doit nous indiquer la  direction des sources qui sont à leur origine.
Parmi ces sources potentielles évoquées par les chercheurs figurent les objets les plus violents de l'univers on s'en doute :  noyaux de galaxies actives, émetteurs gamma de tout poil, supernovae, trous noirs, ondes de choc de galaxies en collision, et même des sources exotiques hypothétiques comme des désintégrations de cordes cosmiques ou de particules massives provenant de l'Univers primordial...

Mais il se pourrait bien que cette observation permette au final d'en savoir plus sur la structure de l'univers à grande échelle. Comme les rayons cosmiques sont censés provenir des zones denses de matière comme les superamas de galaxies, il se pourrait que la zone du ciel de 40° de diamètre qui a été repérée soit exceptionnellement peuplée de matière.

Une chose est sûre en tout cas : les astrophysiciens savent maintenant dans quelle zone du ciel il faudra regarder pour attraper des rayons cosmiques ultra énergétiques : dans un petite zone de l'hémisphère nord, et plus précisément dans la constellation de la Grande Ourse...


Référence : 
Indications of Intermediate-Scale Anisotropy of Cosmic Rays with Energy Greater Than 57 EeV in the Northern Sky Measured with the Surface Detector of the Telescope Array Experiment
The Telescope Array Collaboration
arXiv:1404.5890 26 Jun 2014, à paraître dans Astrophysical Journal Letters