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Les rayons gamma terrestres
Les flashs terrestres de rayons gamma (TGF) sont des émissions très courtes de rayons gamma, durant environ une milliseconde, qui sont émises dans l'espace depuis l'atmosphère supérieure de la Terre. On pense que les rayons gamma sont émis par des électrons voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière quand ils dispersent des atomes et qu'ils ralentissent dans la haute atmosphère. Les TGF ont été découverts pour la première fois en 1994 par l'expérience BATSE à l'Observatoire de rayons gamma de Compton.
BATSE n'avait pu seulement détecter les TGF que dans un mode très particulier d'observation et ces capacités de comptage et de mesure de leur pic d'énergie étaient limitées. De récentes observations du satellite RHESSI ont permis de d'accroître d'un facteur 10 les valeurs de l'énergie émise par les TGF et elles indiquent que la Terre émet environ 50 TGF chaque jour, et probablement beaucoup plus.
"L'idée que la Terre, planète assez petite et docile, puisse être un accélérateur de particules aux énergies ultra relativistes est fascinante", a indiqué David Smith, Professeur de physique à l'Université de Californie Santa Cruz. "Les énergies que nous mesurons sont aussi élevées que celles des rayons gamma émis par des trous noirs et des étoiles à neutrons".
La Terre, accélérateur de particules
Le mécanisme exact qui accélère les faisceaux d'électrons pour produire les sursauts gamma terrestres est encore incertain mais implique certainement l'accroissement de la charge électrique aux dessus des nuages d'orages dus aux décharges de la foudre, qui provoque un puissant champ électrique entre le sommet des nuages et l'ionosphère, la couche externe de l'atmosphère terrestre.
"Indépendamment de l'explication exacte, il y a là un énorme accélérateur de particules qui accélère les électrons à des énergies très élevées, générant ainsi les émissions de rayons gamma quand ils frappent les rares atomes de la haute atmosphère" précise Smith. "Ce qui est passionnant c'est que nous obtenons maintenant des données assez bonnes pour que les théoriciens testent réellement leurs modèles."
Les TGFs ont été mis en corrélation avec les flashs des éclairs et peuvent être liés à des phénomènes visibles qui se produisent au-dessus des orages, tels que les "sprites" rouges et les jets bleus. La façon dont ces divers phénomènes sont corrélés est une question à laquelle les chercheurs travaillant sur le satellite RHESSI vont s'efforcer de répondre.
RHESSI est une petite sonde d'exploration de la NASA, lancée en 2002 pour étudier les rayons X et les rayons gamma des éruptions chromosphériques du Soleil. Mais les détecteurs de RHESSI sont capables d'enregistrer les rayons gamma en provenance de diverses sources. Les chercheurs estiment la cadence moyenne globale à environ 50 TGF par jour, mais cette fréquence pourrait être jusqu'à 100 fois plus élevée si, comme quelques modèles l'indiquent, les rayons gamma sont émis en faisceaux étroitement focalisés qui ne seraient seulement détectés que lorsque le satellite est directement sur leur chemin.
La durée des émissions enregistrées par RHESSI s'étend de 0,2 à 3,5 millisecondes. Les photons les plus énergétiques détectés par RHESSI possèdent une énergie de 10 à 20 millions électron-Volt (10-20 MeV), soit environ 300 fois plus que les rayons X médicaux. Les électrons qui ont émis ces rayons gamma auraient voyagé à 99,99 % de la vitesse de la lumière, avec des énergies de l'ordre de 35 MeV.
Un modèle d'études
Pour Smith, "Les résultats soulèvent la question de savoir si les électrons à l'origine des TGF contribuent finalement aux électrons à grande énergie situés dans les ceintures de rayonnement autour de la Terre. C'est un processus très intéressant concernant la physique fondamentale ici sur Terre. Si nous pouvions comprendre ce phénomène, cela pourrait nous donner un aperçu des processus semblables qui se produisent dans les zones les moins accessibles de l'Univers".
Souce: NASA & UC Santa Cruz