Les scientifiques détectent « le plus haut

Jul 03, 2023

Plus d'Un Nisa

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La récente découverte de la lumière la plus énergétique provenant du Soleil a laissé les scientifiques perplexes.

La nouvelle découverte est basée sur six années de données évaluées par des chercheurs de la Michigan State University.

Ce type de lumière, connu sous le nom de rayons gamma, détecté en provenance du Soleil est bien plus brillant que ce que les scientifiques avaient prédit.

« Le soleil est plus surprenant que nous le pensions. Nous pensions avoir identifié cette étoile, mais ce n'est pas le cas », a déclaré Mehr Un Nisa, co-auteur de l'étude, dans un communiqué officiel.

Le Soleil émet de l'énergie dans plusieurs longueurs d'onde, dont l'une est la lumière visible qui transporte autour d'un électron-volt d'énergie.

Depuis les années 1990, les scientifiques spéculent que des rayons gamma pourraient être produits par le Soleil lorsque les rayons cosmiques de haute énergie provenant d'un trou noir ou d'une supernova entrent en collision avec ses protons. Cependant, les scientifiques ont émis l’hypothèse qu’il serait extrêmement rare que ces rayons gamma atteignent la Terre.

Étonnamment, Nisa et ses collègues ont découvert des rayons gamma dotés d’une énergie inhabituellement élevée d’un billion d’électrons-volts, ou d’un téraélectron-volt (en bref, 1 TeV).

« Après avoir examiné six années de données, cet excès de rayons gamma est apparu. Quand nous l'avons vu pour la première fois, nous étions comme : nous avons définitivement tout gâché. Le Soleil ne peut pas être aussi brillant à ces énergies », a déclaré Nisa.

En 2011, l'arrivée du télescope spatial Fermi Gamma-ray de la NASA a permis la première observation de rayons gamma dotés d'une énergie énorme de plus d'un milliard d'électrons-volts.

La mesure par Fermi des rayons gamma du Soleil a estimé l'énergie maximale à environ 200 milliards d'électrons-volts.

La nouvelle étude montre que l’énergie des rayons gamma pourrait largement dépasser ce chiffre. En fait, il pourrait s’étendre au maximum dans la gamme des TeV – jusqu’à environ 10 TeV.

Cependant, les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment ces rayons gamma acquièrent une énergie aussi extraordinairement élevée.

Jordan A. Goodman/Wikimedia Commons

Selon les auteurs, les rayons gamma laissent derrière eux des « signatures révélatrices » que l’on peut observer dans l’atmosphère.

Un observatoire spécialisé des eaux Tchérenkov à haute altitude, ou HAWC, a identifié ce signal.

HAWC est différent du télescope conventionnel. Il utilise un réseau de 300 réservoirs d’eau colossaux, chacun contenant environ 200 tonnes d’eau. Le réseau est situé au Mexique, à plus de 13 000 pieds d'altitude, entre deux sommets volcaniques endormis.

« De ce point d’observation, il peut observer les conséquences des rayons gamma frappant l’air de l’atmosphère. De telles collisions créent ce qu’on appelle des gerbes d’air, qui sont un peu comme des explosions de particules imperceptibles à l’œil nu », explique le communiqué.

Lorsque des particules de douche atteignent l'eau des réservoirs de HAWC, elles produisent ce que l'on appelle un rayonnement Tchérenkov, qui peut être détecté à l'aide de l'équipement de l'observatoire.

« Actuellement, la découverte crée plus de questions que de réponses. Les scientifiques solaires vont maintenant se demander comment exactement ces rayons gamma atteignent des énergies aussi élevées et quel rôle jouent les champs magnétiques du soleil dans ce phénomène », ont-ils conclu.

L'étude a été publiée dans la revue Physical Review Letters.

Résumé de l'étude :

Nous rapportons la première détection d'un flux de rayons γ TeV provenant du disque solaire (6,3σ), sur la base de 6,1 années de données de l'observatoire Cherenkov des eaux à haute altitude (HAWC). Le spectre de 0,5 à 2,6 TeV est bien ajusté par une loi de puissance, dN/dE=A(E/1 TeV)−γ, avec A=(1,6±0,3)×10−12 TeV−1 cm−2 s−1 et y = 3,62 ± 0,14. Le flux montre une forte indication d'anticorrélation avec l'activité solaire. Ces résultats étendent l'émission brillante et dure de GeV du disque observée avec Fermi-LAT, apparemment due aux rayons cosmiques hadroniques galactiques se déversant sur les noyaux dans l'atmosphère solaire. Cependant, les modèles théoriques actuels sont incapables d’expliquer en détail la façon dont les champs magnétiques solaires façonnent ces interactions. La détection TeV de HAWC approfondit ainsi les mystères de l'émission du disque solaire.