La détection d’Amaterasu, un rayon cosmique ultra-énergétique, par le biais de l’expérience Fly’s Eye puis de Telescope Array, fascine et intrigue experts et amateurs d’astrophysique depuis 1991. Ses particules, avec leur énergie exceptionnelle, suggèrent l’existence de sources astronomiques inconnues. Sa trajectoire, au départ d’une région apparemment vide de l’espace, met en évidence la nécessité d’établir de nouveaux objectifs de recherche concernant la structure et la dynamique de l’univers lointain.
En 1991, l’expérience Fly’s Eye, de l’Université de l’Utah, a permis la détection d’un rayon cosmique d’une énergie inédite, baptisé plus tard « Oh-My-God ». Sa puissance, dépassant les limites théoriques, défiait l’explication scientifique. En effet, selon les modèles, les particules en son sein ne devraient pas exister.
Depuis, le projet Telescope Array a enregistré plus de 30 rayons cosmiques ultra-énergétiques, mais aucun n’égalait « Oh-My-God ». Cependant, le 27 mai 2021, un rayon presque aussi puissant a été observé. Surnommé « Amaterasu », en hommage à la déesse japonaise du soleil, ce rayon ultra-énergétique soulève des questions cruciales sur les origines, les mécanismes et la nature même de ces particules extraterrestres. L’étude de ce rayon cosmique est publiée dans la revue Science.
Un phénomène hors norme
Amaterasu, avec son énergie phénoménale de 2,4 x 1020 eV, se positionne juste derrière la célèbre particule « Oh-My-God » en matière d’énergie. L’événement a déclenché 23 détecteurs dans la région nord-ouest du Telescope Array, soit sur 48 km². Dirigé par l’Université de l’Utah et l’Université de Tokyo, il se compose de 507 stations de détection de surface disposées dans une grille carrée couvrant 700 km².
VIDÉO : L’animation enregistrée du signal et de l’événement de la particule extrêmement énergétique, surnommée la particule « Amaterasu ». (© Osaka Metropolitan University/CC BY-SA)
Cette quantité d’énergie impressionnante est un indicateur de la puissance des processus cosmiques à l’œuvre. Les rayons cosmiques comme celui-ci sont en quelques sortes des messagers de l’espace lointain, transportant des informations concernant des événements astronomiques d’une intensité extrême. La composition de ces rayons, principalement de protons ou de noyaux atomiques, et leur vitesse, flirtant avec celle de la lumière, témoignent de phénomènes cosmiques d’une violence inouïe, qui en seraient à l’origine.
Cependant, l’énergie d’Amaterasu surpasse les prédictions des modèles actuels. Les théories existantes sur les rayons cosmiques suggèrent une limite supérieure à l’énergie que ces particules peuvent avoir lorsqu’elles atteignent la Terre. Cette limite est dictée par divers facteurs, notamment les interactions avec le fond diffus cosmologique, le rayonnement résiduel du Big Bang, etc. Amaterasu, en dépassant cette limite théorique, suggère soit l’existence de sources cosmiques encore plus puissantes et inconnues, soit la nécessité de revoir nos théories sur la propagation et l’interaction des rayons cosmiques dans l’univers.
Des origines mystérieuses
L’origine d’Amaterasu constitue un véritable casse-tête pour la communauté scientifique. Comme susmentionné, les rayons cosmiques ultra-énergétiques sont associés à des sources cosmiques extrêmement puissantes. Les astrophysiciens les relient souvent à des phénomènes tels que les noyaux actifs de galaxies (AGN) ou les trous noirs supermassifs. Dans le cas des AGN, les jets de plasma émis par ces noyaux galactiques actifs sont considérés comme des accélérateurs naturels de particules, capables de produire des rayons cosmiques extrêmement énergétiques.
Cependant, la trajectoire calculée pour Amaterasu présente une anomalie intrigante. John Matthews, co-porte-parole du projet Telescope Array à l’Université de l’Utah et co-auteur de l’étude, déclare dans un communiqué : « Les particules ont une énergie si élevée qu’elles ne devraient pas être affectées par les champs magnétiques galactiques et extragalactiques. Nous devrions normalement pouvoir indiquer d’où ils viennent dans le ciel ». Il ajoute : « Mais dans le cas de la particule Oh-My-God et de cette nouvelle particule, en traçant sa trajectoire jusqu’à sa source potentielle nous constatons qu’il n’y a rien d’assez énergétique pour la produire. C’est là que réside le mystère : que se passe-t-il ? ».
En effet, Amaterasu semble provenir du « Local Void », une vaste région de l’espace pratiquement vide de matière. Cette zone, dépourvue de galaxies ou de structures significatives, semble être une source improbable pour un rayon d’une telle énergie. Cette observation remet en question les hypothèses actuelles sur les origines possibles de tels phénomènes. Si Amaterasu provient réellement de cette région vide, cela pourrait signifier que nos connaissances sur les sources des rayons cosmiques ultra-énergétiques sont incomplètes ou inexactes.
Cette contradiction soulève des questions fondamentales sur la nature des particules cosmiques et les mécanismes par lesquels elles acquièrent leur énergie. Elle invite également à explorer de nouvelles théories ou à envisager des phénomènes encore inconnus ou mal compris dans l’univers, tels que les interactions des particules dans des régions de l’espace auparavant considérées comme inactives ou stériles.
Les astrophysiciens sont encore déconcertés par ces phénomènes mystérieux. Le Telescope Array est en pleine phase d’une expansion qui aidera à élucider le mystère, espèrent les chercheurs. Une fois terminés, 500 nouveaux détecteurs à scintillateurs élargiront le réseau de télescopes et échantillonneront des gerbes de particules induites par les rayons cosmiques sur 2900 km².
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