ASTROPARTICULES

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

L'astronomie des rayons gamma et des neutrinos de haute énergie

Au cours des années 1990, des résultats considérables ont été obtenus en astronomie des rayons gamma de haute énergie, grâce aux nombreuses recherches de sources de rayons cosmiques. Parmi les particules de charge électrique nulle qui permettent de remonter à leur source en examinant leur direction d'incidence, les rayons gamma constituent le meilleur traceur, malgré leur faible flux (environ 1 cent millième du flux total de rayonnement cosmique). Les neutrons présentent en effet le handicap d'un temps de vie limité et les neutrinos d'un taux d'interaction très faible. La partie basse (inférieure à 20 gigaélectronvolts) du très large spectre en énergie des émissions gamma a été étudiée par la mission spatiale Compton Gamma Ray Observatory et plus particulièrement par son instrument E.G.R.E.T. (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) : 300 sources environ ont été recensées. La partie haute de ce spectre (énergies supérieures au téraélectronvolt, c'est-à-dire à 1012 électronvolts) est scrutée par des instruments au sol au moyen de miroirs de très grande surface qui captent le rayonnement Tcherenkov développé par les gerbes hadroniques et électromagnétiques dans l'atmosphère.

À l'échelle galactique, les restes de supernovae propulsés par l'onde de choc de l'explosion accélèrent protons et noyaux, qui interagissent en produisant des mésons π0 qui se désintègrent en rayons gamma. Certains de ces restes contiennent en leur centre un pulsar actif qui injecte des électrons dans la nébuleuse qui l'entoure, donnant lieu à une émission synchrotron. Les rayons gamma émis à des énergies de l'ordre du téraélectronvolt, insoupçonnés, ont été observés par les détecteurs Tcherenkov au sol. La source de la nébuleuse du Crabe, la première découverte, est maintenant utilisée comme référence d'étalonnage pour tout nouveau détecteur.

La détection de sources extragalactiques a donné lieu à l'observation de phénomènes totalement inattendus. Une soixantaine de ces sources ont été détectées par E.G.R.E.T., et deux d'entre elles, Markarian 421 et Markarian 501, ont été mises en évidence à haute énergie par les détecteurs au sol. Markarian 501 a présenté en 1997 des bouffées de forte intensité dans les domaines X et gamma. Les sources ont pour origine des phénomènes dans des galaxies dites à noyau actif où un trou noir central supermassif (1 milliard de masses solaires) avale la matière du disque d'accrétion et engendre deux jets relativistes de plasma perpendiculaires au disque. L'accélération de particules chargées au sein du jet produit l'émission de rayons gamma de haute énergie.

Au moins une fois par jour, une gigantesque bouffée appelée « sursaut gamma » domine pendant quelques instants les autres sources de rayonnement gamma dans l'Univers. Des observations couplant des détecteurs sur satellites et au sol ont mis en évidence des émissions associées (dans les domaines X, radio et optique) provenant de sources communes extragalactiques. Ces sursauts gamma trouvent leur origine dans des phénomènes cataclysmiques où l'énergie émise en quelques secondes surpasse celle que le Soleil émettra en totalité au cours de sa vie entière, estimée à dix milliards d'années. La part relative des différents signaux n'est pas encore clairement élucidée ; le modèle théorique de la « boule de feu » en expansion à des vitesses relativistes tente d'expliquer l'origine de l'apport soudain de telles énergies : coalescence d'un système binaire d'étoiles à neutrons en un trou noir, effondrement du noyau d'une étoile supermassive animée d'un mouvement de rotation rapide, une hypernova en somme. Les nouveaux sites célestes émetteurs qui seront découverts à l'aide des futurs détecteurs devraient aider à élucider l'origine exacte des phénomènes observés.

La détection des neutrinos de haute énergie exige quant à elle des cibles instrumentées de grand volume (1 km3), telles que la glace polaire (expérience AMANDA – Antarctic Muon And Neutrino Detector Array – au pôle Sud) ou l'eau des fonds sous-marins (expérience Antares – Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental Research – près de l'île de Porquerolles), parsemées de photomultiplicateurs qui détectent la lumière Tcherenkov émise [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 4 pages

Écrit par :

  • : conseiller scientifique au Collège de France (physique corpusculaire et cosmologie)

Classification

Autres références

«  ASTROPARTICULES  » est également traité dans :

ANTARES, télescope sous-marin à neutrinos

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 307 mots

Antares, premier télescope sous-marin à neutrinos, est installé au large de La Seyne-sur-Mer (Var). Depuis juin 2008, les 12 lignes de détection d'Antares scrutent par 2 500 mètres de fond le passage de neutrinos d'origine cosmique. Couvrant une surface de 10 hectares, ce détecteur est un ensemble de mille photomultiplicateurs répartis sur 12 lignes verticales hautes de 350 mètres et espacées d'e […] Lire la suite

PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions

  • Écrit par 
  • Jean-Eudes AUGUSTIN, 
  • Michel PATY, 
  • Bernard PIRE
  •  • 16 248 mots
  •  • 13 médias

Dans le chapitre « Détection des neutrinos stellaires et cosmiques »  : […] La très grande transparence de la matière aux neutrinos, résultant de leur extrême pouvoir de pénétration, en ferait, si on savait les détecter de manière significative, des sondes particulièrement intéressantes des processus solaires ou cosmiques relatifs à des régions généralement opaques aux rayonnements lumineux, X ou γ. En effet, la plupart de ces processus s'accompagnent d'une émission cons […] Lire la suite

RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons cosmiques

  • Écrit par 
  • Lydie KOCH-MIRAMOND, 
  • Bernard PIRE
  •  • 6 241 mots
  •  • 8 médias

Les rayons cosmiques sont des noyaux atomiques et des particules élémentaires qui voyagent dans l'espace à des vitesses voisines de celle de la lumière. Certains d'entre eux s'approchent suffisamment de la Terre pour être détectés par des instruments placés dans des satellites en orbite terrestre ou dans des sondes spatiales. D'autres pénètrent dans l'atmosphère terrestre, entrent en collision av […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Pierre BAREYRE, « ASTROPARTICULES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/astroparticules/