Au lieu d'investir dans des accélérateurs de particules ici sur Terre, les physiciens pourraient envisager de simplement faire exploser quelques étoiles. Au fur et à mesure que les particules se déplacent dans le reste, elles sont accélérées par les énormes champs magnétiques, atteignant finalement la vitesse de la lumière. Les images de Chandra montrent que les particules sont accélérées au rythme maximum prévu par les théories.
De nouveaux indices sur les origines des rayons cosmiques, de mystérieuses particules de haute énergie qui bombardent la Terre, ont été révélés à l'aide de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA. Une image extraordinairement détaillée des restes d'une étoile éclatée fournit un aperçu crucial de la génération de rayons cosmiques.
Pour la première fois, les astronomes ont cartographié le taux d'accélération des électrons des rayons cosmiques dans un vestige de supernova. La nouvelle carte montre que les électrons sont accélérés à un rythme proche du maximum théorique. Cette découverte fournit une preuve convaincante que les restes de supernova sont des sites clés pour dynamiser les particules chargées.
La carte a été créée à partir d'une image de Cassiopée A, un vestige de 325 ans produit par la mort explosive d'une étoile massive. Les arcs bleus et vaporeux de l'image tracent l'onde de choc externe en expansion où l'accélération a lieu. Les autres couleurs de l'image montrent des débris de l'explosion qui a été chauffée à des millions de degrés.
"Les scientifiques ont théorisé depuis les années 1960 que les rayons cosmiques doivent être créés dans l'enchevêtrement des champs magnétiques lors du choc, mais ici, nous pouvons voir cela se produire directement", a déclaré Michael Stage de l'Université du Massachusetts, Amherst. "Expliquer d'où viennent les rayons cosmiques nous aide à comprendre d'autres phénomènes mystérieux dans l'univers à haute énergie."
Les exemples sont l'accélération des particules chargées aux hautes énergies dans une grande variété d'objets, allant des chocs dans la magnétosphère autour de la Terre aux impressionnants jets extragalactiques qui sont produits par des trous noirs supermassifs et qui ont des milliers d'années-lumière de longueur.
Les scientifiques avaient déjà développé une théorie pour expliquer comment les particules chargées peuvent être accélérées à des énergies extrêmement élevées - se déplaçant à presque la vitesse de la lumière - en rebondissant à plusieurs reprises sur une onde de choc.
«Les électrons prennent de la vitesse à chaque fois qu’ils rebondissent sur le front des chocs, comme s’ils se trouvent dans un flipper relativiste», a déclaré Glenn Allen, membre du Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, à l’équipe. "Les champs magnétiques sont comme les pare-chocs, et le choc est comme un flipper."
Dans son analyse de l'énorme ensemble de données, l'équipe a pu séparer les rayons X provenant des électrons accélérateurs de ceux provenant des débris stellaires chauffés. Les données impliquent que certains de ces électrons sont accélérés à une vitesse proche du maximum prévu par la théorie. Les rayons cosmiques sont composés d'électrons, de protons et d'ions, dont seule la lueur des électrons est détectable dans les rayons X. Les protons et les ions, qui constituent la majeure partie des rayons cosmiques, devraient se comporter de la même manière que les électrons.
"C'est excitant de voir des régions où la lueur produite par les rayons cosmiques éclipse réellement le gaz de 10 millions de degrés chauffé par les ondes de choc de la supernova", a déclaré John Houck, également du MIT. "Cela nous aide à comprendre non seulement comment les rayons cosmiques sont accélérés, mais aussi comment les restes de supernova évoluent."
À mesure que l'énergie totale des rayons cosmiques derrière l'onde de choc augmente, le champ magnétique derrière le choc est modifié, ainsi que le caractère de l'onde de choc elle-même. La recherche des conditions dans les chocs aide les astronomes à retracer les changements du reste de la supernova avec le temps et, finalement, à mieux comprendre l'explosion originale de la supernova.
Le Marshall Space Flight Center de la NASA, à Huntsville, en Alberta, gère le programme Chandra pour la Direction des missions scientifiques de l'agence. L'Observatoire astrophysique Smithsonian contrôle les opérations scientifiques et aériennes du Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
Source d'origine: communiqué de presse Chandra
