Rayons cosmiques : la particule "Amaterasu" à l'énergie extrême laisse perplexe
Aucun processus physique connu ne peut expliquer l'énorme énergie d'une particule détectée en 2021. Les spécialistes discutent de causes exotiques, par exemple de formes de matière inconnues ou même de propriétés de l'espace-temps lui-même.
Une particule cosmique dont l'énergie est la deuxième plus élevée jamais enregistrée a relancé le débat sur les phénomènes physiques au-delà du connu. Le 27 mai 2021, 23 détecteurs du Telescope Array de l'Utah ont enregistré des rayons cosmiques d'une énergie de 2,4 × 10^20 électrons-volts, soit l'équivalent d'un coup de pied au cul. Jusqu'à présent, seule une particule de 3,2 × 10^20 électron-volts détectée en 1991 avait une énergie supérieure, baptisée "Oh-My-God particle". Par analogie, l'équipe a baptisé la nouvelle particule "Amaterasu particle", du nom de la déesse japonaise du Soleil. Jusqu'à présent, on ne connaît aucun processus physique capable d'accélérer des particules individuelles à des énergies aussi élevées.
"Les processus que l'on considère généralement comme étant de haute énergie, comme les supernovae, sont loin d'être suffisamment énergétiques pour cela", explique John Matthews de l'Université de l'Utah et l'un des porte-parole de la collaboration de télescopes qui a détecté la particule. "Il faut des champs magnétiques extrêmement puissants pour confiner la particule pendant qu'elle est accélérée". Comme l'équipe le rapporte maintenant dans la revue "Science", la source de la particule est en outre totalement mystérieuse. Elle a frappé les détecteurs dans la direction du vide local, une vaste région de l'espace en grande partie vide, proche du Groupe local de galaxies, auquel appartient notre système de la Voie lactée.
En outre, la particule doit provenir du voisinage immédiat ; comme le groupe de travail l'a calculé, elle n'a pas pu parcourir plus de quelques dizaines de millions d'années-lumière, sinon elle aurait perdu son énergie en interagissant avec les champs magnétiques et le fond diffus cosmologique. Une source de si haute énergie dans un voisinage relatif devrait être visible. "Ces particules ont des énergies si élevées qu'elles ne devraient pas être déviées par les champs magnétiques galactiques ou extragalactiques", explique Matthews. "On devrait pouvoir montrer d'où elles viennent dans le ciel". Or, la trentaine de particules extrêmement énergétiques de plus de 10^20 électron-volts enregistrées jusqu'à présent par le réseau de télescopes semblent être venues de toutes les régions du ciel, sans accumulation apparente.
Les spécialistes sont donc totalement perplexes quant aux processus qui pourraient être à l'origine de ces énergies extrêmement élevées. Outre les processus liés à des objets relativement conventionnels tels que les trous noirs extrêmement massifs en rotation, les sursauts gamma ou les étoiles à neutrons, des groupes de travail ont également évoqué des explications exotiques pour ces hautes énergies, qui vont au-delà de la physique connue actuellement. Il s'agit par exemple d'étoiles issues d'états de la matière encore inconnus, à base de quarks étranges ou d'autres particules subatomiques, ou même de processus encore plus inhabituels dans l'espace libre. "Il pourrait s'agir de défauts dans la structure de l'espace-temps ou de cordes cosmiques qui entrent en collision", explique le co-auteur John Belz de l'Université de l'Utah. "Là encore, je ne fais que lancer des idées farfelues imaginées par d'autres, car il n'y a pas d'explication conventionnelle"
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Photo de couverture : Université métropolitaine d'Osaka / L-Insight, Université de Kyoto / Ryuunosuke Takeshige
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