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mystèreC’est quoi ce rayon cosmique bourré d’énergie qui a frappé la Terre ?

Sciences : C’est quoi ce rayon cosmique d’une « énergie extrême » qui a frappé la Terre ?

mystèreUn télescope a relevé l’apparition du deuxième rayon cosmique le plus puissant de l’histoire. De quoi intriguer la communauté scientifique
Avec la matière avalée par des trous noirs massifs au centre des galaxies, la formation « de jets de matière à très grande vitesse » pourrait produire les rayons cosmiques (photo d'illustration).
Avec la matière avalée par des trous noirs massifs au centre des galaxies, la formation « de jets de matière à très grande vitesse » pourrait produire les rayons cosmiques (photo d'illustration).  - NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán/ESA/C / SIPA
Octave Odola

Octave Odola

L'essentiel

  • Intercepté par un télescope américain dans le désert de l’Utah, un rayon cosmique d’une énergie colossale venu frapper la Terre a été observé par les scientifiques, en mai 2021.
  • Ce rayon possède l’énergie cinétique d’une balle de tennis à environ 150 km/h, porté par une seule particule.
  • C’est quoi ce rayon cosmique ? La mesure relevée est-elle fiable ? D’où vient-il ? 20 Minutes répond à ces questions, avec l’éclairage de Vincent Tatischeff, directeur de recherche au CNRS.

Un rayon cosmique mystérieux, une quantité d’énergie qui affole les compteurs des scientifiques, un relevé de la mesure dans le désert de l’Utah… Non, ce n’est pas le pitch du nouveau roman de science-fiction en vogue, mais bien la réalité, invisible à l’œil nu on vous l’accorde.

Un rayon cosmique de très haute énergie a été détecté par les experts, à un niveau rarement atteint : 240 exa-électron-volts (soit 240 et 18 zéro derrière en électron-volts), plus d’un million de fois supérieure à celle obtenue par les accélérateurs de particules artificiels, comme le rappelle une étude scientifique sur le phénomène, parue le 23 novembre dernier dans la revue Science. 20 Minutes vous emmène très haut et très loin pour tenter de percer les mystères de ce phénomène avec l’analyse de Vincent Tatischeff, directeur de recherche au CNRS.

C’est quoi un rayon cosmique ?

Pour se faire une idée du phénomène, il faut s’intéresser à deux aspects : la composition du rayon cosmique, et son trajet dans l’espace. Les rayons cosmiques contiennent « des particules chargées (protons, noyaux d’hélium, noyaux d’atomes plus lourds etc...) qui proviennent du cosmos, de l’espace, mais aussi du soleil. Ils se promènent dans notre galaxie et même au-delà », éclaire notre expert.

Certains arrivent dans le système solaire, et même au niveau de la Terre comme le rayon cosmique surpuissant détecté en 2021 dans le désert de l’Utah et nommé Amaterasu, du nom de la déesse du soleil dans la mythologie japonaise. Pour détecter ces phénomènes, il faut avoir des « instruments dotés de vastes zones de collecte », relève l’étude sur Amaterasu publiée dans Science. C’est le cas dans le désert de l’Utah, avec le télescope Array.

La mesure relevée est-elle fiable ?

Les compteurs se sont affolés en 2021, pour estimer qu’Amaterasu était le deuxième rayon cosmique le plus doté en énergie jamais enregistré, après le bien nommé « Oh my god » détecté en 1991, comme le rappelle l’université de l’Utah.

En plus de l’observatoire américain, il existe un autre détecteur mesurant les rayons cosmiques : l’observatoire Pierre-Auger, en Argentine. Et l’analyse des deux écoles s’entrechoque. « Les deux observatoires détectent ces rayons cosmiques mais ils ne sont pas d’accord sur la mesure exacte de leur énergie, confie notre spécialiste. Le flux des rayons cosmiques ultra-énergétiques est de l’ordre d’une particule par siècle et par kilomètre carré de détecteur. Le réseau de l’Utah couvre une surface de 700 kilomètres carrés. Il devrait donc détecter environ 700 rayons cosmiques ultraénergétiques par siècle. »

Moins le rayon cosmique est doté en énergie, plus la fréquence de détection s’accélère. « En énergie, il y a 14 ordres de grandeur. Niveau flux, il y en a 30. Les particules de plus basse énergie sont beaucoup plus fréquentes, de l’ordre de plusieurs par secondes et par centimètre carré », complète notre expert.

D’où ce provient ce mystérieux rayon cosmique ?

Pour l’heure, Amaterasu pose plus de questions qu’il n’apporte de réponses, notamment sur sa provenance. Les auteurs de la publication scientifique dans Science ont essayé de remonter à l’origine du rayon. Sans succès.

Ils en ont déduit que le rayon cosmique vient d’une sorte de no man’s land dans l’espace, sans vraiment de galaxie identifiée ou de trous noirs massifs. Une conclusion qui invite à la prudence, selon notre expert. « On ne connaît pas bien la composition d’Amaterasu, or ça donne des indications sur le parcours du rayon. Il y a aussi une incertitude sur le calcul de son énergie. Enfin, les particules chargées sont déviées par le champ magnétique de notre galaxie. Mais nous avons une incertitude sur la structure du champ, donc sur la direction d’arrivée ».

D’autres hypothèses sur la provenance des rayons cosmiques sont défrichées par les scientifiques. Avec la matière « accrétée » par des trous noirs massifs au centre des galaxies, la formation « de jets de matière à très grande vitesse » pourrait produire des rayons cosmiques. Autre piste : « Des galaxies très actives avec beaucoup d’étoiles qui se forment et qui explosent. Peut-être dans l’activité de ces galaxies, il peut y avoir des rayons cosmiques de très haute énergie qui peuvent être produits », conclut notre expert. Une chose est sûre. C’est en découvrant et en analysant des rayons cosmiques rares comme Amaterasu que les chercheurs viendront à bout du mystère.

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