À 4000 mètres d'altitude, sur le volcan Sierra Negra au Mexique, les chercheurs du High-Altitude Water Cherenkov (HAWC) observatoire traquent des phénomènes extrêmes. Au cœur de la Voie lactée, des rayons gamma d'une puissance inégalée ont été détectés.
Ces rayons gamma, atteignant plus de 100 téraélectronvolts, proviennent d'une région particulière: le centre galactique. Pour la première fois, une équipe internationale a pu remonter à leur origine, révélant ainsi la présence d'un PeVatron, source encore mystérieuse d'énergie extrême.
Selon les scientifiques, cette observation constitue une percée sans précédent dans l'étude des processus physiques les plus violents de l'Univers. Elle permet de comprendre comment certains rayons gamma atteignent des énergies vertigineuses et les phénomènes qui se cachent derrière.
Le PeVatron, source de ces rayons gamma ultra-énergétiques, reste encore largement incompris. Les chercheurs suggèrent que cette entité pourrait être associée aux environnements hostiles qui entourent le trou noir supermassif de la Voie lactée, un lieu peu accessible aux observations conventionnelles.
La région centrale de la Voie lactée est connue pour son activité intense, où se mêlent des étoiles à neutrons et des naines blanches. Entourée de nuages de gaz brûlants, cette zone émet une énergie difficile à observer directement. Cependant, les rayons gamma permettent de percer cette obscurité, car ils voyagent à travers les gaz denses.
Les particules accélérées par le PeVatron atteignent des énergies de l'ordre de 1 pétaélectronvolt (PeV), bien au-delà des capacités de la technologie humaine. Ces particules interagissent avec les gaz environnants, produisant les rayons gamma que HAWC peut observer. Ce phénomène met en évidence une puissance rarement observée dans la Voie lactée.
Pour capturer ces rayons, HAWC utilise des cuves d'eau géantes. Lorsqu'une particule de haute énergie traverse l'eau à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce milieu, elle émet une lueur bleue, appelée lumière de Cherenkov, semblable à un "bang" sonore mais pour la lumière.
Résultats de l'analyse du centre galactique.
Crédit: The Astrophysical Journal Letters (2024)
L'analyse de ces données permet de remonter l'origine des particules détectées et de comprendre l'énergie impliquée dans ces phénomènes. HAWC, qui prolonge l'expérience du projet Milagro au Nouveau-Mexique, est situé plus au sud.
Les chercheurs prévoient d'étendre leurs observations dans un nouvel observatoire au Chili, le Southern Wide-field Gamma-ray Observatory. En élargissant leur champ d'observation, ils espèrent percer les mystères des PeVatrons et des phénomènes extrêmes du cœur de notre galaxie.
Qu'est-ce qu'un PeVatron ?
Le PeVatron est une source de rayons gamma extrêmement énergétiques, capable d'accélérer les particules à des énergies proches du pétaélectronvolt (PeV), soit un million de milliards d'électronvolts. Ce terme combine "PeV" pour l'énergie extrême et "tron" pour l'accélération des particules.
Le mystère des PeVatrons intrigue les chercheurs, car il évoque des processus physiques violents, comme ceux observés dans le centre galactique, autour des trous noirs supermassifs ou des explosions d'étoiles (supernovas). Ce type de source pourrait aussi être lié à des collisions de noyaux stellaires ou à des fusions d'étoiles à neutrons.
Les PeVatrons sont essentiels pour comprendre comment des particules cosmiques sont accélérées à des vitesses proches de celle de la lumière. Ils aident à expliquer la propagation des rayons gamma dans notre galaxie et sont des indicateurs de phénomènes énergétiques rares et intenses dans l'Univers.
L'étude des PeVatrons, facilitée par des observatoires comme HAWC, permet d'approfondir notre connaissance des interactions entre les rayons cosmiques et le milieu interstellaire, jetant une lumière nouvelle sur les environnements galactiques extrêmes.