Les molécules interstellaires pour l'étude des rayons cosmiques

Publié par Isabelle le 22/07/2014 à 00:01
Source: CNRS/IN2P3
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Les molécules interstellaires témoins de choix pour l'étude des rayons cosmiques et leur accélération par les supernovae

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 (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...), a été utilisée par une équipe de chercheurs de l'Institut de Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses...) et d'Astrophysique de Grenoble (CNRS/UJF), l'Institut d'Astrophysique de Paris (CNRS/UPMC) et du laboratoire AstroParticule et Cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...) (CNRS/Université Paris Diderot/CEA/CNES/OBSPM).


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 (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre...). Illutration: CNRS/courtesy of NRAO/AUI and Brogan et al.

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. 

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 (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) de la supernova. En particulier, la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'électrons, résultant (En mathématiques, le résultant est une notion qui s'applique à deux polynômes....) 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 (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une...) 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 (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) gamma produit par les particules de haute énergie dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) proche de la supernova semble confirmer l'hypothèse de leur accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...) 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 (L'Astrochimie est l'étude des éléments chimiques trouvés dans l'espace lointain, habituellement...), du milieu interstellaire aux régions de formation stellaire et planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire...).

Références :
Cosmic-ray induced ionization of a molecular cloud shocked by the W28 supernova remnant, S. Vaupré1, P. Hily-Blant1, C. Ceccarelli(1), G. Dubus(1), S. Gabici(2), and T. Montmerle(3), Astronomy & Astrophysics, 790, L1, 2014
(1)Univ. Grenoble Alpes, IPAG, F-38000 Grenoble, France
(2)APC, AstroParticule et Cosmologie, Université Paris Diderot, CNRS, CEA, Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...), Sorbonne Paris, France
(3)Institut d'Astrophysique de Paris, 98bis bd Arago, FR-75014 Paris, France
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