Dans une étude révolutionnaire publiée aujourd’hui dans Nature Astronomy, les chercheurs ont exploité les caractéristiques uniques de l’amas stellaire dense Terzan 5 pour éclairer d’un jour nouveau le comportement des rayons cosmiques et les champs magnétiques qui influencent leurs trajectoires. Ce laboratoire céleste, situé dans une région de la galaxie actuellement en mouvement rapide dans l’espace, a offert une opportunité sans précédent de mesurer comment les rayons cosmiques modifient leurs trajectoires en raison des fluctuations des champs magnétiques interstellaires.
Origine des rayons cosmiques
Les rayons cosmiques, des particules à haute énergie voyageant dans l’espace à près de la vitesse de la lumière, intriguent les scientifiques depuis leur découverte par le physicien austro-américain Victor Hess en 1912. Les observations de Hess ont révélé que les niveaux de radiation augmentaient avec l’altitude, même pendant les éclipses solaires, indiquant que ces rayons provenaient d’au-delà de l’atmosphère terrestre. Cette révélation a ouvert un nouveau chapitre dans la compréhension des sources de radiation, distinguant les rayons cosmiques des émissions radioactives détectées sur Terre.
Malgré leur découverte il y a plus d’un siècle, les origines exactes et les comportements des rayons cosmiques restent partiellement énigmatiques. Ces particules, qui comprennent des noyaux atomiques et des particules élémentaires comme les protons et les électrons, sont sujettes à des déviations par les champs magnétiques. Ce phénomène rend difficile la traçabilité de leurs origines, car leurs trajectoires deviennent erratiques lorsqu’elles rencontrent ces champs, de manière similaire à la façon dont les anciens moniteurs à tube cathodique (CRT) utilisaient des champs magnétiques pour orienter les électrons.
Terzan 5
Terzan 5, un amas globulaire d’étoiles près du centre galactique, a prouvé son importance dans l’avancement de nos connaissances sur les rayons cosmiques. Cet amas, qui contient un grand nombre de pulsars millisecondes—étoiles à neutrons fortement magnétisées et en rotation rapide—accélère les rayons cosmiques à des vitesses extrêmes. Bien que ces rayons cosmiques n’atteignent pas directement la Terre en raison des déviations magnétiques, leur présence est déduite des rayons gamma produits lorsque les rayons cosmiques entrent en collision avec les photons de la lumière stellaire. Contrairement aux rayons cosmiques, les rayons gamma ne sont pas affectés par les champs magnétiques et voyagent en ligne droite vers la Terre.
Un aspect intrigant de Terzan 5 est le déplacement observé des rayons gamma par rapport aux positions attendues des étoiles de l’amas. Découvert en 2011, ce déplacement a intrigué les astronomes jusqu’à ce qu’une nouvelle explication émerge. Terzan 5 est actuellement en orbite rapide et large qui l’éloigne périodiquement du plan galactique. Alors que l’amas plonge à travers la galaxie à des centaines de kilomètres par seconde, il crée une « queue » magnétique, semblable à la queue d’une comète dans le vent solaire.
Le voyage de Terzan 5 vers la Terre
Les rayons cosmiques émis par Terzan 5 voyagent initialement le long de cette queue magnétique. Comme la queue n’est pas dirigée vers la Terre, les rayons gamma produits par ces rayons cosmiques sont dirigés loin de notre ligne de vue. Cependant, en raison des fluctuations magnétiques, les trajectoires de ces rayons cosmiques finissent par changer, et certains commencent à pointer vers la Terre. Ce processus, qui prend environ 30 ans, fait apparaître les rayons gamma déplacés par rapport à l’amas lui-même, car ils proviennent d’une région située à environ 30 années-lumière de distance.
Cette découverte a permis aux scientifiques de mesurer, pour la première fois, le temps nécessaire aux fluctuations magnétiques pour modifier les directions des rayons cosmiques. Cette mesure est cruciale pour tester les théories sur les champs magnétiques interstellaires et leurs fluctuations, rapprochant les chercheurs de la compréhension du rayonnement cosmique détecté pour la première fois il y a plus d’un siècle par Victor Hess. À travers le prisme de Terzan 5, les astrophysiciens ont acquis des perspectives précieuses sur les interactions dynamiques entre les rayons cosmiques et les champs magnétiques de notre galaxie, marquant une avancée significative dans le domaine de l’astrophysique.
