Le télescope Fermi de la NASA confirme que l'épave stellaire est la source de particules cosmiques extrêmes

Le télescope Fermi de la NASA confirme que l’épave stellaire est la source de particules cosmiques extrêmes

Illustration du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA au travail. Crédit : Laboratoire d’imagerie conceptuelle du centre de vol spatial Goddard de la NASA

Les astronomes recherchent depuis longtemps les sites de lancement de certains des protons les plus énergétiques de notre galaxie. Maintenant, une étude utilisant 12 ans de données du télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA confirme qu’un reste de supernova est un tel endroit.

Fermi a montré que les ondes de choc des étoiles qui explosent propulsent les particules à des vitesses comparables à la vitesse de la lumière. Appelées rayons cosmiques, ces particules prennent principalement la forme de protons, mais peuvent inclure des noyaux atomiques et des électrons. Parce qu’ils portent tous une charge électrique, leurs chemins se brouillent lorsqu’ils traversent le champ magnétique de notre galaxie. Comme on ne sait plus de quelle direction ils sont originaires, cela masque leur lieu de naissance. Mais lorsque ces particules entrent en collision avec du gaz interstellaire près du résidu de supernova, elles produisent une lueur révélatrice dans les rayons gamma, la lumière la plus énergétique qui existe.

“Les théoriciens pensent que les protons des rayons cosmiques les plus énergétiques de la Voie lactée atteignent un million de milliards d’électrons-volts, ou énergies PeV”, a déclaré Ke Fang, professeur adjoint de physique à l’Université du Wisconsin, à Madison. “La nature précise de leurs sources, que nous appelons PeVatrons, a été difficile à cerner.”

Piégées par des champs magnétiques chaotiques, les particules traversent à plusieurs reprises l’onde de choc de la supernova, gagnant en vitesse et en énergie à chaque pas. Finalement, le reste ne peut plus les retenir et ils se lancent dans l’espace interstellaire.

Boostés à environ 10 fois l’énergie recueillie par le plus puissant accélérateur de particules au monde, le Large Hadron Collider, les protons PeV sont sur le point de s’échapper complètement de notre galaxie.






Découvrez comment les astronomes ont localisé un vestige de supernova qui émet des protons à des énergies 10 fois supérieures à celles du plus puissant accélérateur de particules sur Terre. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Les astronomes ont identifié quelques PeVatrons suspects, dont un au centre de notre galaxie. Naturellement, les restes de supernova sont en tête de liste des candidats. Cependant, sur environ 300 vestiges connus, seuls quelques-uns émettent des rayons gamma avec des énergies suffisamment élevées.

Une épave stellaire en particulier a beaucoup attiré l’attention des astronomes gamma. Appelé G106.3+2.7, il s’agit d’un nuage en forme de comète situé à environ 2 600 années-lumière dans la constellation de Céphée. Un pulsar brillant recouvre le bord nord du reste de la supernova, et les astronomes pensent que les deux objets se sont formés lors de la même explosion.

Le télescope à grande surface de Fermi, son instrument principal, a détecté des rayons gamma d’un milliard d’électron-volts (GeV) provenant de l’intérieur de la queue étendue du reste. (A titre de comparaison, l’énergie de la lumière visible mesure entre environ 2 et 3 électron-volts.) Le système VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) de l’observatoire Fred Lawrence Whipple dans le sud de l’Arizona a enregistré des rayons gamma d’énergie encore plus élevée provenant de la même région. Et l’Observatoire de rayons gamma de l’eau à haute altitude Cherenkov au Mexique et l’expérience AS-Gamma du Tibet en Chine ont détecté des photons d’une énergie de 100 000 milliards d’électrons-volts (TeV) dans la zone étudiée par Fermi et VERITAS.

“Cet objet est une source d’intérêt considérable depuis un certain temps déjà, mais pour le couronner d’un PeVatron, nous devons montrer qu’il accélère les protons”, a expliqué le co-auteur Henrike Fleischhack de l’Université catholique d’Amérique à Washington et Goddard de la NASA. Espace. . Centre de vol à Greenbelt, Maryland. “Le problème est que des électrons accélérés à quelques centaines de TeV peuvent produire la même émission. Maintenant, avec l’aide de 12 ans de données de Fermi, nous pensons avoir montré que G106.3+2.7 est bien un PeVatron.”

Un article détaillant les découvertes, dirigé par Fang, a été publié le 10 août dans la revue Lettres d’examen physique.






Cette séquence compare les résultats de Fermi dans trois gammes d’énergie. Le pulsar J2229+6114 est la source brillante en haut, l’extrémité nord du reste de supernova G106.3+2.7 (surligné en vert). Dans chaque gamme d’énergie, la séquence montre d’abord le nombre de rayons gamma, puis les quantités en excès par rapport aux attentes d’un modèle de fond. Des couleurs plus vives indiquent un plus grand nombre de rayons gamma ou des quantités excessives. À des énergies plus élevées, une nouvelle source de rayons gamma apparaît, qui est produite lorsque des protons accélérés par l’onde de choc de la supernova frappent un nuage de gaz à proximité. Crédit : NASA/Fermi/Fang et al. 2022

Le pulsar, J2229+6114, émet ses propres rayons gamma dans une balise semblable à un phare pendant qu’il tourne, et cette lueur domine la région à des énergies de quelques GeV. La majeure partie de cette émission se produit dans la première moitié de la rotation du pulsar. L’équipe a efficacement éteint le pulsar en analysant uniquement les rayons gamma provenant de la dernière partie du cycle. En dessous de 10 GeV, il n’y a pas d’émission significative de la queue restante.

Au-dessus de cette énergie, les interférences du pulsar sont négligeables et la source supplémentaire devient apparente. L’analyse détaillée de l’équipe favorise massivement les protons PeV comme particules à l’origine de cette émission de rayons gamma.

“Jusqu’à présent, G106.3 + 2.7 est unique, mais il pourrait devenir le membre le plus brillant d’une nouvelle population de restes de supernova émettant des rayons gamma atteignant les énergies TeV”, déclare Fang. “Plus d’entre eux pourraient être révélés grâce aux futures observations de Fermi et des observatoires de rayons gamma à très haute énergie.”

La NASA explore les mystères cosmiques, et ce puzzle particulier a nécessité plus d’une décennie d’observations de pointe pour être résolu.


Révéler un mystère centenaire : d’où viennent les rayons cosmiques de la Voie lactée


Plus d’informations:
Ke Fang et al, Preuve de l’accélération du proton PeV à partir des observations Fermi-LAT du SNR G106.3 + 2.7, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.071101

Citation: Le télescope Fermi de la NASA confirme l’épave stellaire comme source de particules cosmiques extrêmes (10 août 2022) Extrait le 11 août 2022 de https://phys.org/news/2022-08-nasa-fermi-télescope-star-source.html

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