Les mystérieux rayons cosmiques
 
Tous les jours, des milliards de particules bombardent la Terre, - des noyaux d’atomes lourds ou légers - ce sont les rayons cosmiques. Ceux de basse énergie proviennent surtout du Soleil. Ceux de hautes énergies et même de très hautes énergies viennent de bien plus loin…
 
Benoît Revenu, Astrophysicien
Alors les rayons cosmiques de très haute énergie, ce sont des particules qui viennent de l’espace, qui sont produites, on pense, dans des objets astrophysiques particulièrement violents, et qui vont traverser des distances colossales ; typiquement la distance entre plusieurs galaxies et qui vont arriver sur Terre et qui vont interagir avec l’atmosphère.
 
Alain Lecacheux, Astronome
La compréhension du rayon cosmique primaire fait partie de ces grandes questions astrophysiques, même scientifiques fondamentales qui ont émergé au début du XXème siècle et qui ne sont pas résolus. Ces particules ont une énergie invraisemblable, ont donc été accéléré par un accélérateur naturel qui est quelque part dans l’Univers, on ne sait pas où, c’est une question fondamentale, qu’est-ce que c’est que l’objet ? Un noyau actif de galaxie ? un trou noir ? Actuellement, on est dans le trou noir ! On ne sait absolument pas ni quelle est la particule, ni d’où elle vient, ni comment elle est accélérée. C’est une des grandes questions de la physique contemporaine.
 
Pour tenter de percer leur mystère, direction l’Observatoire Pierre-Auger le plus grand instrument scientifique du monde qui couvre une superficie de 3000 kilometres carrés.
 
Mis en service en 2004 près de la ville de Malargüe en Argentine, l’observatoire est le fruit de la collaboration d’une vingtaine de pays.
L’interaction des rayons cosmiques d’ultra-haute énergie avec les molécules de notre atmosphère va produire, de collisions en collisions, une cascade de milliards de particules secondaires appelés « gerbe atmosphérique »
En étudiant cette cascade, on peut en savoir plus sur la particule originelle qui a percuté notre atmosphère.
Il faut donc couvrir une grande surface au sol.
Une des techniques de détection se fait grâce à 1 600 cuves remplies d’eau pure réparties sur un quadrilatère de 3 000 kilomètres carrés. Lorsque ces particules traversent cette eau, elles laissent une trace lumineuse qui peut être captée par des caméras ultra-sensibles.
Pour étudier la gerbe cosmique sous un autre angle, 4 stations de télescopes permettent de visualiser, par nuit sans lune, son trajet en détectant la fluorescence qu’elle émet.
Toutes ces données sont alors recoupées, analysées par les chercheurs pour tenter de dévoiler l’origine, la nature et la formation de ces rayons d’ultra haute énergie.
Près de 10 ans après la production de premiers résultats, même si l’état des connaissances s'est sensiblement amélioré, de nombreuses questions restent sans réponse.
ITV Martin LEMOINE Astrophysicien
Mais l’observatoire Pierre Auger est encore en évolution. L’observatoire Pierre Auger a permis de construire ces premières cartes célestes des directions d’arrivée, mais on manque encore aujourd’hui de statistiques aux énergies les plus élevées pour pouvoir voir des signes clairs de la présence de sources astrophysiques dans ces cartes célestes. Il faut donc accroitre la statistique et pour cela plusieurs pistes ont été suivies et une des pistes possibles est d’aboutir à une nouvelle technique de détection par exemple par la détection radio des grandes gerbes atmosphériques pour construire des détecteurs encore plus grands à un coût raisonnable.
C’est à Nançay, en plein centre de la France, que des chercheurs travaillent sur une nouvelle génération d’antennes qui permettra d’étudier le tout dernier signal produit sur Terre par les rayons cosmiques de très haute énergie.
 
ITV Benoît Revenu
Alors ici on a une antenne dédiée aux basses fréquences ; donc là on a entre 2 MHz et 4 MHz donc on est juste avant les ondes AM. Donc on a la gerbe atmosphérique qui va tomber quelque part dans le voisinage et le choc du front de la gerbe avec le sol va créer un signal à basses fréquences ; donc ça correspond à la mort de la gerbe atmosphérique et c’est ce qu’on va appeler le signal de mort subite.
 
En étudiant le signal de mort subite, l’amplitude du champ électrique est beaucoup plus importante, et donc il est beaucoup plus facile à mesurer et consécutivement, on peut voir des gerbes à plus grande distance.
 
Les nouvelles antennes, si les résultats se confirment, pourront être installées en Argentine pour compléter le dispositif et ainsi contribuer à lever le mystère des rayons cosmiques d’ultra-hautes énergies.