Record d’énergie pour des rayons cosmiques provenant de la nova RS Ophiuchi
Le 8 août 2021, l’astronome amatrice Stella Kafka a signalé une activité accrue émanant du système binaire RS Ophiuchi, situé à environ 4 600 années-lumière de la Terre. Cette détection précoce a permis aux chercheurs de l’observatoire HESS, en Namibie, de suivre pour la première fois l’intégralité d’un processus de nova, en particulier l’explosion de l’étoile. Selon Mathieu de Naurois, membre de la collaboration HESS, « les rayons cosmiques, qui sont des particules chargées, sont déviés par les champs magnétiques dans l’espace, rendant leur étude directe de la nova impossible. Cependant, ils interagissent avec la matière, émettant des photons gamma qui voyagent en ligne droite ». Les astrophysiciens ont enregistré des rayons gamma aux limites maximales d’énergie prévues par les modèles théoriques, et ce, jusqu’à un mois après l’explosion.
RS Ophiuchi est un système composé d’une naine blanche qui dépouille son compagnon, une géante rouge, de son gaz. Lorsque la matière s’accumule sur la naine blanche, elle chauffe et se comprime. Lorsque les conditions de température et de pression deviennent suffisantes, des réactions de fusion thermonucléaires s’initient, provoquant une explosion qui expulse le gaz de la couche externe de l’étoile. Ce phénomène génère une onde de choc qui arrache des particules, accélérées à des vitesses extrêmes, faisant des novæ une source reconnue de rayons cosmiques et de rayons gamma.
L’atmosphère terrestre est continuellement bombardée par ces particules de haute énergie, attirant ainsi l’attention des chercheurs sur leur origine. Les mécanismes d’accélération des rayons cosmiques sont globalement compris, mais nécessitent encore des précisions. Les membres de l’expérience HESS scrutent le ciel nocturne de l’hémisphère Sud pour détecter ces rayons cosmiques. Lorsqu’une particule très énergétique interagit avec l’air, elle se désintègre en une cascade de particules, dont certaines émettent un rayonnement bleu, le « rayonnement Tcherenkov ». Les télescopes de HESS permettent de reconstruire cette cascade et d’identifier la source des particules.
Les astrophysiciens ont retracé toutes les étapes de l’accélération des particules, mesurant des rayons gamma dépassant 100 gigaélectronvolts, correspondant aux limites maximales théoriques. Cela indique des conditions idéales pour l’accélération des particules, principalement des protons.
Deux facteurs semblent avoir favorisé la conversion efficace de l’énergie de l’explosion en rayons cosmiques de très haute énergie : le passage de l’onde de choc à travers un vent dense reliant la géante rouge à la naine blanche, et le champ magnétique intense de la naine blanche, qui a permis aux protons de gagner de l’énergie avant de s’échapper.
La nature récurrente de RS Ophiuchi pourrait-elle jouer un rôle dans cette efficacité ? Des suivis supplémentaires de novæ seront nécessaires pour répondre à cette question. Ce résultat confirme que certaines conditions permettent une accélération optimale des rayons cosmiques, soulevant la question de savoir si cela s’applique également aux supernovæ, qui sont plus rares. Selon Mathieu de Naurois, les novæ pourraient contribuer de manière significative au flux de rayons cosmiques atteignant la Terre, mais cela nécessite encore des preuves.
Source : Pour la Science
