Une « barrière » massive sépare le centre de la Voie lactée du rayonnement cosmique externe

Mystérieusement, les particules les plus rapides de l'Univers ne peuvent pas pénétrer dans le centre de notre galaxie.

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Vue d'artiste du centre de la Voie lactée. | NASA Goddard
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La Voie lactée, notre galaxie, comprend 100 à 400 milliards d’étoiles et jusqu’à 300 milliards de planètes. L’espace entre ces étoiles, qui se fond dans le milieu intergalactique, est le « milieu interstellaire » : un mélange de gaz, de poussières et de rayons cosmiques. Ces rayonnements proviennent selon les cas du Soleil, de l’intérieur ou de l’extérieur de notre galaxie. Toutefois, même si le centre galactique souffle une tempête constante de rayonnements de haute énergie dans l’espace — la mer de rayons cosmiques —, quelque chose près du noyau de la Voie lactée empêche une grande partie des rayons cosmiques provenant d’autres parties de l’Univers d’y pénétrer, d’après une équipe de chercheurs de l’Académie chinoise des sciences de Nanjing.

Le rayonnement cosmique est principalement constitué de particules chargées (protons, noyaux d’hélium, antiprotons, électrons) et de particules neutres (rayons gamma, neutrinos et neutrons). Dans une nouvelle étude, une équipe de chercheurs chinois a examiné une carte des rayons gamma radioactifs qui ont explosé au centre de notre galaxie et autour. Il s’agit de la forme de lumière la plus énergétique de l’Univers, qui apparaît lorsque les rayons cosmiques — particules extrêmement rapides — s’écrasent sur la matière ordinaire.

Xiaoyuan Huang (de l’Académie chinoise des sciences) et ses collègues, ont constaté que si la densité des rayons cosmiques était relativement constante dans les zones situées en dehors du centre de la galaxie, elle chutait considérablement dans la zone moléculaire centrale, la zone la plus proche du centre de la Voie lactée. Quelque chose empêche donc la mer de rayons cosmiques de pénétrer à l’intérieur de la galaxie. « S’il n’y a pas de barrière, la composante de la mer de rayons cosmiques devrait également être présente dans la zone moléculaire centrale », explique Huang au New Scientist. « Cependant, les données indiquent que c’est tout le contraire et qu’une barrière doit être présente ». Les rayons cosmiques peuvent ainsi sortir du centre galactique, mais ont des difficultés à y entrer.

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Sagittarius A*, accélérateur de particules géant

Le centre de notre galaxie est situé à environ 26 000 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Sagittaire. Cet endroit dense et poussiéreux contient plus d’un million de fois plus d’étoiles par année-lumière que l’ensemble du système solaire, avec en son centre un trou noir supermassif.

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que ce trou noir, nommé Sagittarius A*, ou peut-être un autre objet du centre galactique, accélère les protons et les électrons à une vitesse proche de celle de la lumière. Cela produit ainsi des rayons cosmiques qui se propagent dans toute notre galaxie à travers les champs magnétiques, créant un océan de particules de haute énergie dont la densité est à peu près uniforme dans toute la Voie lactée.

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Sagittarius A* serait le coupable idéal car les trous noirs pourraient théoriquement projeter certaines particules très loin dans l’espace. « Il peut y avoir des vents magnétisés, entraînés par l’activité du trou noir supermassif central Sagittarius A*, qui contribuent à empêcher les particules de pénétrer dans la zone moléculaire centrale », explique Huang au New Scientist.

Un phénomène à éclaircir

La plupart des rayons cosmiques étant des particules chargées, un champ magnétique suffisamment puissant serait ainsi capable de modifier leur trajectoire. « Il est probable que des champs magnétiques plus forts existent dans la zone moléculaire centrale [de la Voie lactée] qu’à l’extérieur, ce qui peut empêcher les rayons cosmiques de pénétrer dans cette zone », ajoute le chercheur chinois. Cet enchevêtrement de champs magnétiques près du noyau expliquerait en partie cette étrange manifestation.

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Pourquoi cette barrière cosmique existe-t-elle ? Comment fonctionne-t-elle ? Cela reste encore un mystère… Selon les chercheurs, ce phénomène pourrait également se produire à des échelles encore plus grandes, ce qui pourrait affecter les rayons cosmiques extragalactiques qui tentent de pénétrer dans la Voie lactée.

Source : Nature Communication

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