Le détecteur de neutrinos Icecube a permis aux chercheurs de résoudre un débat sur les types de particules constituent des rayons cosmiques ultra-élevé
Un rendu artistique basé sur une vraie image du détecteur de neutrino Icecube au pôle Sud
Nous nous concentrons sur la véritable composition des rayons cosmiques les plus rares et les plus énergiques – ce qui pourrait aider à révéler leurs origines inconnues.
L'univers nous doute constamment d'éclats de particules, explique Brian Clark à l'Université du Maryland. Les plus énergiques d'entre eux, appelés rayons cosmiques ultra-élevés, ont plus d'énergie que même les particules accélérées dans les collideurs. Ils sont également rares – les chercheurs ne savent pas ce qui les produit ni d'où ils viennent. Même les particules qui les inventent ont été une question non résolue. Désormais, Clark et ses collègues ont déterminé leur composition en utilisant des données collectées par le détecteur de neutrinos Icecube en Antarctique.
Les détections précédentes des rayons cosmiques ultra-haute énergie – par l'Observatoire de Pierre Auger en Argentine et le réseau de télescopes en Utah – ne sont pas d'accord sur le fait que ces rayons se composent principalement de protons ou si d'autres particules sont également dans le mélange, explique Clark. Les données de l'ICECUBE offrent une certaine résolution: elle suggère que les protons ne représentent que 70% des rayons cosmiques ultra-haute énergie, tandis que le reste est fait d'ions lourds tels que le fer.
Le membre de l'équipe Maximilian Meier à l'Université de Chiba au Japon affirme que les données de l'ICECube sont complémentaires d'autres mesures, qui détectent directement les rayons cosmiques. En revanche, l'ICECUBE détecte principalement les particules appelées neutrinos, qui sont des sous-produits de collisions entre les rayons cosmiques énergétiques et les photons laissés par le Big Bang. Les neutrinos eux-mêmes sont difficiles à détecter et à simuler sur un ordinateur, dit-il.
Les particules dans les rayons cosmiques déterminent comment les champs magnétiques d'origine spatiale affectent leur chemin dans l'espace. Comprendre leur composition est donc une partie importante de la tâche difficile de rechercher leurs origines, explique Toshihiro Fujii à l'Osaka Metropolitan University au Japon.
Ces origines inconnues ont créé des mystères dramatiques tels que le rayon cosmique des particules Amaterasu. Étrangement, il semble avoir émergé d'une région d'espace près de la Voie lactée où il n'y a «pas de candidats astronomiques prometteurs» pour sa source, dit-il.
Clark dit qu'il est optimiste quant à la résolution de nombreux mystères de ce type dans une décennie, car plusieurs nouveaux instruments d'observation, y compris une mise à niveau ICECube, seront publiés en ligne dans un avenir proche. «Le domaine a une vision vraiment claire de la façon dont nous arrivons à (répondre) à certaines de ces questions», dit-il.
