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L'origine du rayonnement cosmique, découvert en 1912 par Victor Hess, reste en grande partie mystérieuse. Une méthode d’observation originale pour ce domaine de l’astrophysique, a été utilisée par une équipe de chercheurs de l’Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (CNRS/UJF), l’Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS/UPMC) et du laboratoire AstroParticule et Cosmologie (CNRS/Université Paris Diderot/CEA/CNES/OBSPM). Cette méthode permet d’accéder à des informations sur les rayons cosmiques de basse énergie, qui jusque-là restaient inaccessibles. Ces recherches jettent ainsi une lumière nouvelle à ce problème et ouvrent la voie à de nouvelles découvertes sur une classe entière de rayons cosmiques.

Image du reste de supernova W28 combinant radio (bleu) et infrarouge (rouge, 8 microns). Le choc associé au reste de supernova W28 apparait comme la grande “bulle” bleue d’émission radio. L’émission rouge trace principalement la poussière dans le milieu interstellaire. © image courtesy of NRAO/AUI and Brogan et al.

À l'aide du radiotélescope de 30m de l'IRAM, les chercheurs ont détecté, dans les nuages moléculaires voisins irradiés par la supernova W28, la signature laissée par des particules de relativement basse énergie (500 MeV) produites dans le choc associé à l'explosion de la supernova.

En particulier, la quantité d'électrons, résultant du passage de ces particules dans ces nuages moléculaires, est 100 fois plus élevée que les concentrations habituellement observées. Pour le savoir les chercheurs ont fait de la spectroscopie, c’est-à-dire qu’ils ont observé les spectres d’émission de ces nuages de gaz, qui révèlent une importante ionisation des molécules.

L’analyse de ces données spectroscopiques apporte des informations inédites sur les rayons cosmiques de basse énergie issus de la supernova. Les théories actuelles suggèrent que les rayons cosmiques sont accélérés par des ondes de choc visibles sous forme de "restes de supernova", autrement dit créées par des explosions d'étoiles. La collision de ces particules avec la matière interstellaire produit des rayons gamma (photons) à haute énergie et ionise la matière à basse énergie. L'observation du rayonnement gamma produit par les particules de haute énergie dans l’environnement proche de la supernova semble confirmer l’hypothèse de leur accélération au choc. Cependant, on ne sait que très peu de choses sur la quantité et la répartition des particules de basse énergie car celles-ci ne sont pas directement observables.

Les travaux récemment effectués par cette équipe et à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics, apportent alors les premières contraintes observationnelles sur la propagation des rayons cosmiques de basse énergie. Ils montrent pour la première fois une signature claire, à la fois spatiale et en énergie, de la présence de rayonnement cosmique de basse énergie dans un voisinage proche du choc du reste de supernova (environ 10% de son diamètre), et donc associé à celui-ci.

Ces résultats apportent de nouvelles perspectives pour étudier l'origine et les propriétés du rayonnement cosmique dans la Galaxie. Ils permettront également de mieux contraindre l'intensité du rayonnement cosmique dans les régions de formation stellaires et planétaires. Ces résultats soulignent aussi l'importance de définir des méthodes alternatives pour l'étude de l'ionisation du gaz moléculaire, une question majeure de l'astrochimie, du milieu interstellaire aux régions de formation stellaire et planétaire.

Source(s):

Cosmic-ray induced ionization of a molecular cloud shocked by the W28 supernova remnant, S. Vaupré¹, P. Hily-Blant¹, C. Ceccarelli¹, G. Dubus¹, S. Gabici², and T. Montmerle³, Astronomy & Astrophysics, 790, L1, 2014

¹Univ. Grenoble Alpes, IPAG, F-38000 Grenoble, France
²APC, AstroParticule et Cosmologie, Université Paris Diderot, CNRS, CEA, Observatoire de Paris, Sorbonne Paris, France
³Institut d’Astrophysique de Paris, 98bis bd Arago, FR-75014 Paris, France

Contacts chercheurs :

Solenn Vaupré: T +33 (0)476 635 532; solenn.vaupre@obs.ujf-grenoble.fr
Pierre Hily-Blant: T +33 (0)476 635 269; pierre.hily-blant@obs.ujf-grenoble.fr
Cecilia Ceccarelli: T +33 (0)476 514 201; cecilia.ceccarelli@obs.ujf-grenoble.fr