De nouvelles recherches publiées par les astrophysiciens de l'Université d'État du Michigan pourraient aider les scientifiques à répondre à une question centenaire: d'où viennent les rayons cosmiques galactiques?
Les rayons cosmiques – des particules d'énergie haute s'approchant de la vitesse de la lumière – originaire de quelque part dans la galaxie de la Voie lactée et au-delà, mais exactement où a été un mystère depuis qu'ils ont été découverts en 1912. Shuo Zhang, professeur adjoint MSU de physique et d'astronomie, et son groupe a mené deux études qui ont apposé un nouvel feu d'où provient les rayons cosmiques de. Les résultats récemment publiés ont été présentés lors de la 246e réunion de l'American Astronomical Society à Anchorage, en Alaska.
Les sources de ces particules de haute énergie et à évolution rapide pourraient supporter la nature des trous noirs, des restes de supernova et des régions de formation d'étoiles. Ces événements astrophysiques extrêmes sont également connus pour produire des neutrinos – des particules presque sans masse qui se trouvent en abondance non seulement au plus profond de l'espace, mais aussi sur notre planète.
« Les rayons cosmiques sont beaucoup plus pertinents pour la vie sur terre que vous ne le pensez », a déclaré Zhang. « Environ 100 billions de neutrinos cosmiques de loin, des sources lointaines comme les trous noirs traversent votre corps à chaque seconde. Tu ne veux pas savoir d'où ils viennent? »
Les sources de rayons cosmiques sont si puissantes qu'elles peuvent accélérer un proton ou un électron en énergies bien au-delà de ce que les humains sont capables de faire avec l'accélérateur de particules le plus avancé. Le groupe de Zhang étudie ces accélérateurs de particules cosmiques, connus sous le nom de Pevatrons, pour savoir où et ce qu'ils sont, et comment ils sont capables d'accélérer de petites particules en énergies extrêmement élevées. En savoir plus à leur sujet peut aider à débloquer des questions fondamentales en physique, comme Galaxy Evolution et la nature de la matière noire.
Les derniers articles de son groupe explorent des études en plusieurs longueurs d'onde sur les candidats du pevatron dont les sources sont restées inconnues. Dans le premier article publié dans Le journal astrophysiqueStephen Dikerby, un étudiant postdoctoral du groupe de Zhang, a enquêté sur un mystérieux candidat de Pevatron découvert par le grand observatoire de douche aérienne à haute altitude (LHAASO), mais la nature de la source était encore inconnue.
En utilisant des données de rayons X du télescope spatial XMM-Newton, Dikerby a trouvé une nébuleuse de vent pulsar – une bulle en expansion avec des électrons relativistes et des positions avec injection d'énergie à partir d'un pulsar. Cette constatation a établi ce pevatron comme un type de nébuleux du vent pulsar de la source de rayons cosmiques et est l'un des rares cas où les scientifiques peuvent identifier la nature des pevatrons.
Dans le deuxième article publié dans Notes de recherche sur l'AAStrois étudiants de premier cycle de MSU dans le groupe de Zhang – Ella était, Amiri Walker et Shaan Karim – ont utilisé le télescope à rayons X Swift de la NASA pour observer les émissions de rayons X à partir de sources de rayons Cosmiques Lhaaso Cosmiques peu explorés. L'équipe a calculé les limites supérieures de l'émission de rayons X, et leur travail pourrait servir de Pathfinder pour de futures études.
« En identifiant et en classant les sources de rayons cosmiques, nos efforts peuvent, espérons-le, fournir un catalogue complet de sources de rayons cosmiques avec une classification », a déclaré Zhang. « Cela pourrait servir d'héritage aux futurs observatoires des neutrinos et aux télescopes traditionnels afin d'effectuer une étude plus approfondie des mécanismes d'accélération des particules. »
Ensuite, l'équipe de Zhang prévoit de s'attaquer à une autre étude sur les sources de rayons cosmiques en combinant des données qu'il recueille auprès de l'observatoire Icecube Neutrino avec celles des télescopes aux rayons X et gamma. Ils veulent explorer pourquoi certaines sources de rayons cosmiques émettent des neutrinos mais pas d'autres, ainsi que où et comment les neutrinos sont produits.
« Ce travail appellera à la collaboration entre les physiciens des particules et les astronomes », a déclaré Zhang. « C'est un projet idéal pour le groupe de physique à haute énergie MSU. »
