Un collisionneur de particules mille fois plus puissant que le LHC découvert dans l’espace… et il ne dure que quelques mois

Et si le plus puissant
collisionneur de particules de l’univers n’était pas une machine
terrestre comme le LHC, mais le fruit d’une
explosion d’étoile lointaine ? C’est ce que vient de confirmer une
nouvelle étude : certaines supernovas sont bel et bien capables de
produire des particules ultra-énergétiques, mille fois plus
puissantes que celles générées par nos technologies. Mais cette
capacité fulgurante ne dure que quelques mois… ce qui rend le
phénomène pratiquement invisible.

Des rayons cosmiques
ultra-puissants, mais discrets

Depuis près d’un siècle, les
scientifiques détectent des rayons cosmiques, des particules
(principalement des protons) issues de l’espace profond, qui
frappent régulièrement la Terre. Certains d’entre eux atteignent
des niveaux d’énergie faramineux — dépassant le pétaélectronvolt
(PeV), soit un million de milliards d’électronvolts. Pour
comparaison, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN
plafonne à 0,01 PeV.

Ces rayons cosmiques extrêmes
intriguent les astrophysiciens depuis longtemps : d’où viennent-ils
? Et comment des particules peuvent-elles être accélérées à une
telle vitesse dans le vide interstellaire ?

Les supernovas en ligne de
mire

L’idée selon laquelle les
supernovas — les explosions cataclysmiques qui marquent la mort des
étoiles massives — pourraient être à l’origine de ces rayons
cosmiques n’est pas nouvelle. Ces événements libèrent en effet une
énergie colossale et sont accompagnés de puissants champs
magnétiques, deux ingrédients essentiels pour accélérer des
particules.

Mais jusqu’ici, les restes de
supernovas observés dans notre galaxie n’avaient jamais révélé de
rayons cosmiques d’une telle intensité. Ce paradoxe mettait
l’hypothèse en difficulté.

Un secret dans l’enveloppe de
gaz

Une nouvelle étude, bientôt
publiée dans Astronomy & Astrophysics, apporte une réponse
inattendue : oui, les supernovas peuvent bel et bien devenir des
“PeVatrons” (c’est le nom donné aux accélérateurs cosmiques
capables d’atteindre le PeV)… mais à une condition très
spécifique.

L’étoile qui explose doit
avoir perdu beaucoup de masse avant sa fin — au moins deux fois la
masse du Soleil —, via des vents stellaires. Et surtout, cette
matière éjectée ne doit pas s’être dispersée trop loin : elle doit
former une coquille dense et compacte autour de l’étoile.

Lorsqu’arrive la supernova,
l’onde de choc traverse cette enveloppe de gaz, créant un
environnement magnétique surpuissant qui projette les particules
dans un véritable manège énergétique. À chaque rebond, elles
gagnent en vitesse, jusqu’à atteindre des niveaux extrêmes
d’énergie… avant de s’échapper dans l’espace.

Un phénomène invisible… ou
presque

Problème : ce phénomène
ultra-puissant ne dure que quelques mois. Ensuite, l’onde de choc
s’essouffle, et l’accélération s’arrête. Cela explique pourquoi
nous n’avons encore jamais observé une supernova en train de
produire des rayons cosmiques PeV : il faudrait que cette supernova
explose juste au bon moment, et pas trop loin de nous, ce qui est
extrêmement rare.

En attendant ce jour, les
scientifiques continuent de reconstituer le puzzle en observant les
traces laissées par ces anciens collisionneurs naturels. Et
peut-être qu’un jour, l’univers nous offrira un PeVatron en
direct.