Les astronomes ont découvert une caractéristique inattendue et inexpliquée à l’extérieur de notre galaxie, la Voie lactée, qui émet une lumière à haute énergie appelée rayons gamma.
L’équipe à l’origine de la découverte, comprenant Alexander Kashlinsky, cosmologue de la NASA et de l’Université du Maryland, a trouvé le signal des rayons gamma en parcourant 13 années de données du télescope Fermi de la NASA.
“C’est une découverte totalement fortuite”, dit Kashlinsky a déclaré dans un communiqué. “Nous avons trouvé un signal beaucoup plus fort, et dans une partie du ciel différente, que celle que nous recherchions.”
Ce qui rend ce signal de rayons gamma encore plus étrange, c’est le fait qu’il est localisé vers une autre caractéristique inexpliquée de l’espace, source de certaines des particules cosmiques les plus énergétiques jamais détectées.
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L’équipe pense que le nouveau signal est lié à ces particules de haute énergie, ou rayons cosmiques, constituées principalement de protons, de neutrons et de noyaux atomiques.
Ces rayons cosmiques à ultra haute énergie (UHECR) transportent plus d’un milliard de fois l’énergie des rayons gamma, et leurs origines restent l’un des plus grands mystères de l’astrophysique – un mystère que la découverte de cette source de rayons gamma approfondit.
La chasse aux fossiles cosmiques a conduit à la surprise des rayons gamma
Cette nouvelle caractéristique mystérieuse des rayons gamma pourrait s’apparenter à une caractéristique particulière du fond diffus cosmologique (CMB).
Le CMB représente la lumière la plus ancienne de l’univers et est un fossile cosmique issu d’un événement survenu environ 380 000 ans après le Big Bang. Avant cela, l’univers était une soupe chaude et dense d’électrons libres et de protons à travers laquelle la lumière ne pouvait pas voyager.
Cependant, à cette époque, l’univers s’est suffisamment refroidi pour permettre aux électrons et aux protons de s’unir pour former des atomes primordiaux. Le manque soudain d’électrons libres signifiait que les photons, particules de lumière, n’étaient plus diffusés sans fin par ces particules chargées négativement.
L’univers est effectivement passé d’opaque à transparent en un instant, permettant à la première lumière de voyager. Le CMB est constitué de ces premiers photons libres.
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Au fur et à mesure de l’expansion de l’univers au cours des 13,8 milliards d’années qui ont suivi, ces photons ont perdu de l’énergie et ont désormais une température uniforme de moins 454 degrés Fahrenheit (moins 270 degrés Celsius).
Le CMB a été repéré pour la première fois par les radioastronomes américains Robert Wilson et Arno Penzias en mai 1964 sous forme de rayonnement micro-ondes dans toutes les directions du ciel au-dessus de la Terre. Dans les années 1990, cependant, cette apparente uniformité a été remise en question lorsque le vaisseau spatial Cosmic Background Explorer (COBE) de la NASA a découvert de minuscules variations dans la température du CMB.
COBE a découvert que le CMB est 0,12 % plus chaud et possède plus de micro-ondes dans la direction de la constellation du Lion et qu’il est 0,12 % plus froid que la moyenne dans la direction opposée, avec moins de micro-ondes.
Cette configuration, ou « dipôle », dans le CMB a été attribuée au mouvement de notre système solaire – 230 milles par seconde par rapport au champ de rayonnement fossile. Si tel est le cas, cependant, des dipôles similaires provoqués par le mouvement du système solaire devraient apparaître dans toute lumière provenant de sources astrophysiques bien au-delà du système solaire, mais cela n’a pas été observé jusqu’à présent.
Les astronomes recherchent cet effet dans d’autres types de lumière afin de pouvoir confirmer que le dipôle CMB est le résultat de notre mouvement.
“Une telle mesure est importante, car un désaccord avec la taille et la direction du dipôle CMB pourrait nous donner un aperçu des processus physiques opérant au tout début de l’univers, potentiellement à l’époque où il avait moins d’un billionième de seconde, ” a déclaré Fernando Atrio-Barandela, membre de l’équipe, professeur de physique théorique à l’Université de Salamanque en Espagne.
Un mystère cosmique ou deux ?
L’équipe s’est tournée vers Fermi et son télescope à grande surface (LAT), qui scrute l’ensemble du ciel au-dessus de la Terre plusieurs fois par jour pour recueillir et rassembler de nombreuses années de données. Les chercheurs espéraient que les données LAT contenaient un modèle d’émission dipolaire pouvant être détecté dans les rayons gamma.
En raison des effets de la relativité restreinte et de la nature de haute énergie des rayons gamma, un tel dipôle devrait être cinq fois plus important dans ces données que dans la lumière micro-onde de basse énergie du CMB. L’équipe a trouvé quelque chose qui ressemble à ce modèle, mais pas là où elle s’attendait.
“Nous avons trouvé un dipôle gamma, mais son pic est situé dans le ciel austral, loin du CMB. [peak]et son ampleur est 10 fois supérieure à ce que nous attendrions de notre mouvement”, a déclaré Chris Shrader, astrophysicien à l’Université catholique d’Amérique, membre de l’équipe. “Bien que ce ne soit pas ce que nous recherchions, nous soupçonnons que cela pourrait être lié à une caractéristique similaire signalée pour les rayons cosmiques de plus haute énergie.
Il existe un dipôle correspondant dans les gerbes de particules chargées à haute énergie qui composent les UHECR lorsqu’elles arrivent sur Terre, qui a été repérée pour la première fois par l’Observatoire Pierre Auger en Argentine en 2017.
Même si ces particules chargées subissent des déviations du champ magnétique de la Voie lactée et d’autres champs magnétiques lorsqu’elles se déplacent vers la Terre, et que la force de cette déviation dépend de l’énergie de la particule et de sa charge, le dipôle UHECR culmine toujours à un endroit. similaire à l’endroit où Kashlinsky et ses collègues ont trouvé la source de rayons gamma.
L’équipe émet l’hypothèse qu’en raison de cette corrélation de localisation, les mystérieux rayons gamma et les UHECR sont probablement liés, d’autant plus que des sources non identifiées produisent les deux phénomènes.
Les astronomes veulent maintenant étudier les emplacements de ces émissions pour déterminer la ou les sources de cette lumière à ultra haute énergie et de ces particules à ultra haute énergie pour voir si elles sont effectivement connectées et si elles représentent un mystère cosmique à résoudre ou à résoudre. deux.
Les résultats de l’équipe ont été présentés lors de la 243e réunion de l’American Astronomical Society à la Nouvelle-Orléans, en Louisiane, par Kashlinsky et sont discutés dans un papier publié mercredi 10 janvier dans The Astrophysical Journal Letters.
2024-01-13 01:00:32
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