Des scientifiques ont identifié de manière concluante une source dans la Voie lactée capable d’accélérer des protons à certaines des plus hautes énergies connues dans notre galaxie. Cette découverte pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre les rayons cosmiques, des particules extrêmement rapides qui traversent l’espace entre les étoiles et influencent des événements à travers la galaxie.
Les rayons cosmiques sont principalement constitués de protons, avec un nombre beaucoup plus faible d’électrons. Certains atteignent des énergies supérieures à celles produites par des accélérateurs de particules construits par l’homme. Le Grand collisionneur de hadrons, situé à la frontière entre la Suisse et la France, peut propulser des protons à une vitesse proche de celle de la lumière, mais les accélérateurs naturels trouvés dans l’espace peuvent pousser les particules à des niveaux d’énergie encore plus extrêmes.
Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Hiroshima a confirmé cet accélérateur galactique après avoir combiné des observations de trois grands observatoires opérant sur Terre et dans l’espace. Les résultats ont été publiés dans The Astrophysical Journal le 16 juillet 2026.
Un Accélérateur Naturel d’une Puissance Extraordinaire
« Cette énergie immense rend les rayons cosmiques importants en astronomie et en astrophysique, » a déclaré Tsunefumi Mizuno, professeur associé au Centre des sciences astrophysiques de l’Université de Hiroshima.
Les énergies des rayons cosmiques sont mesurées en électronvolts, une unité décrivant l’énergie qu’un électron acquiert lorsque son potentiel électrique augmente d’un volt.
« Les énergies les plus élevées des rayons cosmiques galactiques peuvent atteindre et dépasser un quadrillion (1015) d’électronvolts, ou un peta électronvolt (PeV). Trouver un accélérateur de protons au-dessus de ce niveau PeV, appelé PeVatron de protons, est l’un des sujets les plus passionnants de l’astrophysique moderne, et nous avons identifié un tel objet précédemment connu sous le nom de LHAASO J1912+1014u. »
Un PeVatron de protons est un accélérateur cosmique naturel capable de pousser des protons au-delà du seuil PeV. Identifier ces objets est difficile car les scientifiques doivent distinguer les signaux produits par les protons de ceux créés par des électrons hautement énergétiques.
Les Rayons Gamma Pointent vers un Possible PeVatron
L’expérience gamma Tibet AS, dirigée par le Japon et la Chine depuis 1990, ainsi que l’Observatoire chinois des Averses d’Air à Haute Altitude (LHAASO) ont détecté des dizaines de sources de rayons gamma avec des énergies supérieures à 0,1 PeV. L’une de ces sources est LHAASO J1912+1014u.
Les rayons gamma sont la forme la plus énergétique de la radiation électromagnétique. Ils peuvent être produits lorsque des particules de rayons cosmiques interagissent avec leur environnement, et leurs énergies sont généralement d’environ un dixième de l’énergie portée par les rayons cosmiques qui les ont créés.
Pour cette raison, les sources produisant des rayons gamma en dessous de la plage PeV peuvent être considérées comme des candidates possibles de PeVatron. Des recherches antérieures ont suggéré que LHAASO J1912+1014u pourrait être une nébuleuse de vent de pulsar ou un autre type de débris laissé par l’explosion d’une étoile massive.
« Cependant, les données des expériences Tibet AS gamma et LHAASO à elles seules ne peuvent pas clairement identifier les PeVatron de protons car les électrons de rayons cosmiques PeV peuvent également produire les rayons gamma de plus basse énergie, » a déclaré Mizuno.
La résolution d’image limitée de ces observations signifiait que les chercheurs ne pouvaient pas examiner la source de manière suffisamment rapprochée pour déterminer si les protons ou les électrons étaient responsables des rayons gamma.
Trois Observatoires Ont Fournit les Éléments Manquants
Des informations supplémentaires ont été disponibles grâce à plusieurs autres instruments. Ceux-ci incluent le Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT), une mission dirigée par la NASA à laquelle l’Université de Hiroshima a contribué; l’enquête de plan galactique sans biais FOREST avec le télescope Nobeyama de 45 m (FUGIN), dirigée par le Japon; et l’Observatoire X-ray Chandra de la NASA.
LHAASO J1912+1014u a été découvert en 2024. Il est situé dans la constellation de l’Aigle près d’Altair, l’une des étoiles bien connues formant le Triangle d’été. Les scientifiques ont initialement classé l’objet comme un reste de supernova, mais cette interprétation est devenue moins certaine après la détection d’émissions supérieures à 100 TeV.
« Avec les données de plusieurs expériences, nous avons étudié LHAASO J1912+1014u en détail, » a déclaré Mizuno.
Ensemble, les observatoires ont fourni des mes sur une large portion du spectre électromagnétique, allant des ondes radio aux rayons gamma. Cela a permis aux chercheurs de construire un modèle multi-longueur d’onde détaillé de la source.
Combinaison des Signaux à Travers le Spectre Énergétique
Fermi-LAT a mesuré des rayons gamma avec des énergies proches du giga-électronvolt (GeV), équivalent à un milliard d’électronvolts. Chandra a collecté des observations X à des énergies plus basses, tandis que FUGIN a fourni des données radio à des énergies encore plus basses.
L’équipe a combiné ces mes avec des observations en téra-électronvolts (TeV) provenant d’instruments, y compris LHAASO. L’image résultante a fortement indiqué que LHAASO J1912+1014u est un PeVatron de protons et a permis aux chercheurs d’éliminer d’autres explications possibles.
Trois résultats principaux ont soutenu cette conclusion.
Tout d’abord, le signal de rayons gamma s’est étendu de manière fluide de plus de 100 trillions d’électronvolts jusqu’à 400 millions d’électronvolts. Selon Mizuno, la large plage d’énergie rend peu probable que la source soit principalement en train d’accélérer des électrons.
Deuxièmement, la distribution des rayons gamma GeV correspondait étroitement au motif du gaz interstellaire cartographié par les observations radio de FUGIN. Cette connexion est attendue lorsque des protons à haute énergie entrent en collision avec le gaz environnant et produisent des rayons gamma.
Troisièmement, Chandra n’a détecté qu’une très faible émission X diffuse. Une source dominée par des électrons accélérés produirait généralement des signaux X plus forts, donc l’émission faible a encore soutenu l’explication proton.
Trois Ensembles de Données Révèlent un Moteur Cosmique
« Cette recherche est le fruit d’un effort collectif. Il existe un ancien proverbe japonais : ‘Une flèche est facile à casser, mais trois flèches groupées ensemble ne le sont pas,' » a déclaré Mizuno. « Dans cette étude, trois flèches — les données de rayons gamma GeV de Fermi-LAT, les données radio de FUGIN et les données X de Chandra — sont rassemblées à travers une modélisation multi-longueur d’onde détaillée, révélant que notre cible, LHAASO J1912+1014u, est un PeVatron de protons de rayons cosmiques. »
Cette étude a fait plus que d’identifier la source comme un PeVatron. Les chercheurs ont également examiné les caractéristiques des particules accélérées, des informations qui pourraient aider à révéler quel type d’objet alimente le processus.
Mizuno a déclaré qu’il existe des dizaines d’autres candidats possibles de PeVatron de protons dans la Voie lactée. L’équipe prévoit maintenant d’étudier ces candidats de manière plus approfondie pour déterminer combien peuvent être confirmés et quels types d’objets cosmiques les produisent.
Naoto Nakahara à l’Université de Hiroshima; Hidetoshi Sano & Takeru Murase à l’Université de Gifu; Tomohiko Oka à l’Université Julius-Maximilians de Würzburg; et Hiromasa Suzuki à l’Université de Miyazaki ont coécrit l’étude.
La collaboration Fermi LAT reconnaît le soutien continu généreux de la NASA et du Département de l’Énergie des États-Unis; du Commissariat à l’Énergie Atomique et du Centre National de la Recherche Scientifique en France; de l’Agenzia Spaziale Italiana et de l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare en Italie; du Ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie au Japon; et de la Fondation K. A. Wallenberg, du Conseil Suédois de la Recherche et de l’Agence Suédoise de l’Espace. Un soutien supplémentaire pour l’analyse scientifique de l’Istituto Nazionale di Astrofisica en Italie; et du Centre National d’Études Spatiales en France est également reconnu.
Ce travail a été réalisé en partie sous contrat avec le Département de l’Énergie des États-Unis. Ce travail a également été soutenu en partie par une subvention de soutien à la recherche universitaire de l’Observatoire Astronomique National du Japon.
