En 1991, une expérience menée par l’Université de l’Utah aux USA a détecté le rayon cosmique le plus énergétique jamais observé, surnommé par la suite la particule « Oh-My-God ». Depuis, le mystère demeure quant à l’origine de ces particules ultra-énergétiques. Récemment, une nouvelle particule a été détectée, apportant de nouvelles interrogations.
La découverte de la particule Amaterasu
Le 27 mai 2021, l’expérience du « Telescope Array » a détecté le deuxième rayon cosmique d’énergie extrême le plus élevé, avec une énergie de 2,4 x 1020eV. Cette particule subatomique unique a été nommée particule Amaterasu, d’après la déesse du soleil de la mythologie japonaise. La direction d’arrivée de cette particule semble provenir du Local Void, une zone vide de l’espace située à la frontière de notre galaxie, la Voie lactée.
Les accélérateurs de particules naturels
Les rayons cosmiques sont des échos d’événements célestes violents qui ont dépouillé la matière de ses structures subatomiques et l’ont projetée à travers l’univers à une vitesse proche de celle de la lumière. Les rayons cosmiques ultra-énergétiques doivent dépasser 5 x 1019 eV, ce qui signifie qu’une seule particule subatomique porte la même énergie cinétique qu’une balle rapide lancée par un lanceur de baseball professionnel.
Au-delà de la limite théorique
Les astrophysiciens ont calculé une limite théorique, appelée limite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK), comme l’énergie maximale qu’un proton peut contenir en voyageant sur de longues distances avant que les interactions avec le rayonnement du fond diffus cosmologique ne lui enlèvent de l’énergie. La nouvelle particule Amaterasu, avec une énergie de 2,4 x 1020 eV, et la particule Oh-My-God, avec une énergie de 3,2 x 1020 eV, dépassent facilement cette limite.
L’expansion du Réseau de Télescopes
Le réseau de télescopes est actuellement en cours d’expansion, avec l’ajout de 500 nouveaux détecteurs à scintillation. Une fois terminée, cette expansion permettra d’échantillonner les gerbes de particules induites par les rayons cosmiques sur une superficie de 2 900 km2 (1 100 mi2), soit une zone presque de la taille de l’État de Rhode Island. Les chercheurs espèrent que cette empreinte élargie permettra de capturer davantage d’événements et de faire la lumière sur ces phénomènes mystérieux.
En synthèse
La découverte de la particule Amaterasu, ainsi que celle de la particule Oh-My-God, soulève de nombreuses questions sur l’origine et la nature de ces phénomènes ultra-énergétiques. Malgré les avancées technologiques et l’expansion du réseau télescopes, les astrophysiciens sont toujours confrontés à un mystère. Les recherches se poursuivent pour tenter de comprendre ces événements rares et énigmatiques qui défient les limites théoriques de la physique des particules.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la particule Oh-My-God ?
La particule Oh-My-God est un rayon cosmique ultra-énergétique détecté en 1991 par l’Université de l’Utah. Elle possède une énergie extrêmement élevée, dépassant les limites théoriques de la physique des particules.
2. Quelle est la particule Amaterasu ?
La particule Amaterasu est un rayon cosmique d’énergie extrême détecté en 2021 par le réseau de télescopes. Elle a une énergie de 2,4 x 1020eV et semble provenir du Local Void, une zone vide de l’espace située à la frontière de notre galaxie.
3. Qu’est-ce que la limite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) ?
La limite GZK est une limite théorique calculée par les astrophysiciens, représentant l’énergie maximale qu’un proton peut contenir en voyageant sur de longues distances avant que les interactions avec le rayonnement du fond diffus cosmologique ne lui enlèvent de l’énergie.
4. Comment fonctionne le réseau de télescopes ?
Le réseau de télescopes est un réseau de détecteurs de surface utilisé pour détecter les rayons cosmiques ultra-énergétiques. Il est actuellement en cours d’expansion pour couvrir une superficie de 2 900 km2 afin de capturer davantage d’événements et d’étudier ces phénomènes mystérieux.
5. Quelles sont les hypothèses sur l’origine de ces particules ultra-énergétiques ?
Les astrophysiciens sont toujours confrontés à un mystère concernant l’origine de ces particules ultra-énergétiques. Parmi les hypothèses, on trouve des défauts dans la structure de l’espace-temps ou des cordes cosmiques en collision, mais aucune explication conventionnelle n’a encore été trouvée.
Principaux enseignements
| Enseignement | Description |
|---|---|
| Particule Oh-My-God | Détectée en 1991, elle possède une énergie extrêmement élevée, dépassant les limites théoriques de la physique des particules. |
| Particule Amaterasu | Détectée en 2021, elle a une énergie de 2,4 x 10 puissance 20 eV et semble provenir du vide local, une zone vide de l’espace située à la frontière de notre galaxie. |
| Limite GZK | Limite théorique calculée par les astrophysiciens, représentant l’énergie maximale qu’un proton peut contenir en voyageant sur de longues distances avant que les interactions avec le rayonnement du fond diffus cosmologique ne lui enlèvent de l’énergie. |
| Réseau télescopes | Un réseau de détecteurs de surface utilisé pour détecter les rayons cosmiques ultra-énergétiques. Il est actuellement en cours d’expansion pour couvrir une superficie de 2 900 km2. |
| Hypothèses sur l’origine | Les astrophysiciens sont toujours confrontés à un mystère concernant l’origine de ces particules ultra-énergétiques. Parmi les hypothèses, on trouve des défauts dans la structure de l’espace-temps ou des cordes cosmiques en collision, mais aucune explication conventionnelle n’a encore été trouvée. |
| Composition des rayons cosmiques | Les chercheurs analysent la composition des rayons cosmiques pour trouver des indices sur leur origine. La particule Amaterasu est probablement un proton. |
| Trajectoire des particules | Les particules ultra-énergétiques comme les particules Oh-My-God et Amaterasu traversent l’espace intergalactique relativement sans déviation. |
| Événements célestes puissants | Seuls les événements célestes les plus puissants peuvent produire des particules ultra-énergétiques comme les particules Oh-My-God et Amaterasu. |
| Énergie des particules | Les particules ultra-énergétiques ont des énergies tellement élevées qu’elles dépassent l’énergie cinétique d’une balle rapide lancée par un lanceur de baseball professionnel. |
| Expansion du réseau | Le réseau de télescopes est en cours d’expansion pour couvrir une superficie de 2 900 km2, ce qui devrait permettre de capturer davantage d’événements et d’élucider le mystère de ces particules ultra-énergétiques. |
Références
Légende illustration principale : Illustration d’artiste du rayon cosmique extrêmement énergétique observé par un réseau de détecteurs de surface de l’expérience Telescope Array, appelé « particule d’Amaterasu ». Credit: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige
