Détection des rayons gamma les plus puissants jamais observés au cœur de la Voie lactée

Les astronomes et physiciens viennent de faire une découverte fascinante en captant des rayons gamma d’une intensité sans précédent, émanant du centre de notre galaxie. Même si le trou noir supermassif au cœur de la Voie lactée, Sagittarius A*, est étonnamment calme, la région qui l’entoure est tout sauf paisible. La récente découverte d’un accélérateur de particules cosmique, surnommé « PeVatron », vient enrichir notre compréhension de cette zone extrême. Les résultats de cette étude ont été publiés dans The Astrophysical Journal Letters.

Un PeVatron au centre de la galaxie

Au cours de sept années d’observation, l’observatoire High-Altitude Water Cherenkov (HAWC), niché dans les montagnes mexicaines, a capté 98 événements de rayons gamma à des énergies dépassant les 100 téraélectronvolts (TeV). Les scientifiques attribuent ces rayons gamma énergétiques à une source mystérieuse appelée HAWC J1746-2856, située près du centre de la galaxie. 

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« Ces résultats nous offrent un aperçu sans précédent des énergies présentes au centre de la Voie lactée, dépassant de loin tout ce qui a été observé jusqu’ici », explique Pat Harding, physicien au Laboratoire national de Los Alamos. Il ajoute que cette découverte confirme pour la première fois l’existence d’une source PeVatron au sein de la Voie lactée, démontrant la puissance des processus physiques dans cette région.

Un PeVatron est un accélérateur cosmique naturel, capable de propulser des rayons cosmiques – principalement des protons et des noyaux atomiques – à des vitesses et des énergies extrêmes. Ces accélérateurs se trouvent souvent dans des environnements turbulents comme les restes de supernova, les régions de formation stellaire, ou à proximité des trous noirs supermassifs. Sous certaines conditions, ils peuvent accélérer les rayons cosmiques jusqu’à des énergies de l’ordre du téraélectronvolt, soit un trillion d’électronvolts.

La complexité de la détection des accélérateurs cosmiques

Malgré leur puissance, les PeVatrons sont difficiles à détecter. En raison de leur rareté, il est inhabituel de les trouver dans notre galaxie. « Certains de ces processus sont si rares qu’ils sont plus susceptibles de se produire en dehors de notre galaxie, ou sur des échelles bien plus vastes que celles de la Voie lactée », souligne Harding. Par exemple, un événement comme l’absorption d’un trou noir par un autre est attendu dans des galaxies beaucoup plus grandes ou actives que la nôtre.

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Lorsque les rayons cosmiques traversent l’espace et interagissent avec d’autres éléments comme des champs magnétiques ou des nuages de poussière, ils perdent soudainement de l’énergie, émettant des rayons gamma dans le processus. Cependant, ces rayons gamma sont absorbés par l’atmosphère terrestre et ne peuvent être détectés directement depuis la surface.

Ils créent plutôt une pluie de particules de basse énergie que des détecteurs spécialisés, comme ceux du HAWC, peuvent détecter. En analysant ces particules, les chercheurs reconstituent la trajectoire des rayons gamma et déterminent leur origine.

Décryptage d’une source cosmique inconnue

Sous la direction du physicien Sohyoun Yu Cárcaron de l’université du Maryland, une équipe a analysé des milliers de jours d’observations du HAWC pour identifier les signes de PeVatrons au centre galactique. Ils ont découvert que 98 signaux, d’une intensité inégalée, provenaient tous de la même zone dans la Voie lactée. Ce point, identifié comme HAWC J1746-2856, émet les rayons gamma les plus puissants jamais détectés depuis le centre galactique.

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Cependant, l’origine de HAWC J1746-2856 reste un mystère. Aucun reste de supernova connu n’est situé à cet emplacement, ce qui complique l’identification de cette source d’énergie. Deux sources potentielles sont néanmoins évoquées : le trou noir supermassif Sagittarius A* et une source de rayons gamma appelée HESS J1746-285, qui se trouve près d’un arc radio identifiable. Cette région galactique est célèbre pour ses émissions énergétiques, mais la véritable identité de HAWC J1746-2856 demeure floue.

Outre la confirmation de l’existence d’un PeVatron dans notre galaxie, cette découverte apporte de nouvelles informations sur la dynamique du centre galactique. Les chercheurs ont, par exemple, constaté que la densité des rayons cosmiques y est plus élevée que dans le reste de la galaxie, ce qui pourrait indiquer la présence d’une source active de protons accélérés récemment. Ce phénomène suggère que des processus d’accélération de particules extrêmement puissants opèrent en continu dans cette région. Par ailleurs, voici l’image la plus détaillée de rayons gamma jamais capturée.