« Trois flèches tirées de concert » confirment un « accélérateur naturel » cosmique, éjectant des protons à une énergie cent fois supérieure à celle du Grand collisionneur de hadrons

Des astronomes, utilisant trois instruments d'observation couvrant différentes bandes de longueurs d'onde, ont confirmé qu'un objet mystérieux dans la direction de la constellation de l'Aigle, au sein de la Voie lactée, est un « accélérateur naturel » cosmique. Cet objet éjecte en continu des particules à haute vitesse, dont l'énergie dépasse de loin celle de tout accélérateur artificiel sur Terre, soit l'équivalent de 100 fois celle du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Cette découverte fournit un indice clé pour élucider l'origine des rayons cosmiques de plus haute énergie de la Voie lactée. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le dernier numéro de *The Astrophysical Journal*.

Comparaison de taille entre la source de rayons gamma (grand cercle) et la Lune (petit cercle). Crédit image : *The Astrophysical Journal*

Les rayons cosmiques d'énergie PeV (pétaélectron-volt) sont un rayonnement gamma diffus de haute énergie, et les objets capables d'accélérer les rayons cosmiques jusqu'à l'énergie PeV sont appelés « accélérateurs PeV ». Les accélérateurs PeV sont extrêmement difficiles à détecter dans l'univers. D'une part, la trajectoire des protons de haute énergie est déviée lors de leur propagation dans le champ magnétique interstellaire, ce qui empêche de retracer leur source ; d'autre part, les électrons en mouvement rapide peuvent également produire des rayons gamma de plus basse énergie, ce qui nécessite de distinguer ces deux possibilités. L'Observatoire des gerbes atmosphériques à haute altitude de la Chine (LHAASO, « Lasso ») a découvert et rapporté 43 sources de rayons gamma sub-PeV, qui sont actuellement les candidats les plus prometteurs pour les accélérateurs PeV.

L'objet étudié lors de cette enquête, nommé LHAASO J1912+1014u, a d'abord été classé comme un rémanent de supernova, mais plusieurs observatoires ont ensuite détecté des flux de rayons gamma émis par cet objet, ce qui a incité les astronomes à réévaluer sa nature. Les rayons gamma sont généralement le produit de collisions entre des particules accélérées et le gaz environnant ; les astronomes soupçonnent donc qu'il s'agit d'un accélérateur PeV capable d'accélérer des protons jusqu'à l'ordre du pétaélectron-volt.

Compte tenu de cela, une équipe de recherche, comprenant des astrophysiciens de l'Université de Hiroshima au Japon, a décidé d'analyser la question avec la force de « trois flèches tirées de concert » — ils ont intégré les données de trois instruments sensibles à différentes bandes du spectre électromagnétique : le télescope à grande surface Fermi de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis, le radiotélescope FUGIN du Japon, et l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA. En construisant un modèle multi-longueurs d'onde détaillé, l'équipe a exclu la possibilité que les électrons soient la source des rayons gamma, confirmant que LHAASO J1912+1014u est un accélérateur PeV de protons de rayons cosmiques.

Les rayons cosmiques sont des particules à haute vitesse et haute énergie existant principalement sous forme de protons, dont l'énergie est mesurée en électron-volts. L'énergie maximale des rayons cosmiques de la Voie lactée peut dépasser 1 PeV, une énergie si stupéfiante qu'elle leur confère une place importante en astronomie et en astrophysique.

Bien qu'il soit désormais confirmé que cet objet possède la capacité d'accélérer des protons à des énergies record, la nature exacte de cet « accélérateur naturel » reste encore un mystère non résolu. Cependant, la plus grande valeur de cette étude réside dans une avancée méthodologique — grâce à l'intégration des données, les astronomes disposent désormais d'une voie efficace pour rechercher et identifier les accélérateurs PeV. Outre LHAASO J1912+1014u, des dizaines d'autres sources candidates d'accélérateurs PeV de protons sont dispersées dans la Voie lactée, en attente de confirmation par des observations ultérieures.

Cette avancée pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre la véritable origine de ces particules de haute énergie qui traversent l'espace interstellaire à une vitesse proche de celle de la lumière et qui influencent profondément de nombreuses activités astrophysiques de la Voie lactée.