Marc Mennessier
09/11/2007 | Mise à jour : 21:20

Des rayons cosmiques (Simon Swordy/Nasa).
L’observatoire Pierre-Auger en Argentine lève une partie du voile sur la provenance des particules les plus énergétiques jamais observées dans l’Univers.
Qui sont-ils ? D’où viennent-ils et comment font-ils pour parvenir jusqu’à nous ? Malgré tous les efforts déployés depuis leur découverte, en 1938, par le physicien français Pierre Auger, ces trois questions restaient sans réponse : les rayons cosmiques d’ultra-haute énergie qui provoquent au contact de l’atmosphère d’immenses gerbes de particules (électrons, photons…) avaient fini par devenir l’une des plus fascinantes énigmes de la physique mo­derne.

Si elle ne résout pas tout, l’étude qui fait aujourd’hui la une de la re­vue américaine Science, par la collaboration Pierre-Auger qui regroupe plus de 300 chercheurs de 17 pays, constitue un événement scientifique majeur. «Nous avons fait un grand pas pour résoudre le mystère», se réjouit, dans un communiqué, le Prix Nobel de physique James Cronin de l’université de Chicago, qui fut, avec ses collègues Alan Watson, de l’université de Leeds (Royaume-Uni), et Murat Boratav, de l’univer­sité Pierre et Marie Curie-CNRS, l’un des initiateurs de l’observatoire ­Pierre-Auger. Autrement dit, le plus grand instrument scientifique consacré à la traque de ces étranges phénomènes cosmiques, déjà opérationnel, bien que son installation, au cœur de la pampa, près de la ville de Mendoza (Argentine), ne soit pas encore terminée.

«Nous sommes parvenus à dé­montrer que les rayons cosmiques à ultra-haute énergie se sont formés en dehors de notre galaxie, la Voie lactée, qu’ils proviennent probablement de galaxies à noyau actif relativement proches de la Terre (à quelques centaines de millions d’années-lumière tout de même…) et qu’ils sont plutôt constitués de protons», ré­sume l’un des auteurs de la publi­cation, Antoine Letessier-Selvon, directeur de recherche au CNRS/IN2P3 (Institut national de physique nucléaire et de physique des particules) qui fut, dès 1992, avec Murat Boratav, l’un des promoteurs de l’observatoire Pierre-Auger en France.

Pour bien comprendre l’importance de la découverte, il faut se représenter de minuscules grains de matière (protons ou noyaux d’éléments plus lourds comme le fer) fonçant à travers l’espace à des vi­tesses proches de celle de la lumière (environ 300 000 kilomètres par se­conde). Le tout à des niveaux d’énergie inimaginables. Sur les milliers de rayons cosmiques détectés depuis 2004 par l’Observatoire Pierre-Au­ger, environ 80 avaient une énergie supérieure à 40 milliards de milliards d’électrons-volts, des exaélectrons-volts ou EeV (un 4 suivi de 19 zéros !). «Cela signifie qu’une seule de ces particules possède l’énergie suffisante pour élever d’un degré Celsius la température d’un gramme d’eau qui en contient environ dix mille milliards de milliards», ex­plique Antoine Letessier-Selvon qui propose une seconde analogie. Dans son anneau souterrain de 27 km de circonférence, le futur grand accé­lérateur (LHC) du Cern, près de Genève, sera capable de produire des faisceaux de protons d’une énergie de 10 13 électrons-volts (1 suivi de 13 zéros) : un niveau encore jamais atteint sur Terre. «Or, pour produire un rayon cosmique de 57 EeV, il faudrait construire un accé­lérateur d’une circonférence de 270 millions de kilomètres, soit 7 000 fois le tour de la Terre à l’Équateur!»


Galaxies dotées de noyaux actifs

Où et comment l’Univers parvient-il à accélérer des particules à de tels niveaux d’énergie, inatteignables à l’échelle sur notre planète ? On comprend mieux pourquoi cette question excite la curiosité des scientifiques depuis des décennies. Et pourquoi dix-sept pays ont réuni 54 millions de dollars pour lancer en 1999 la construction de l’observa­toire Pierre-Auger.

Si les rayons cosmiques de «faible» énergie (moins de 3 EeV tout de même !) ont une répartition spatiale à peu près uniforme, les auteurs de l’étude ont montré, en reconstituant leur trajectoire dans l’atmosphère terrestre, qu’il n’en va pas de même pour les plus énergétiques d’entre eux (plus de 57 EeV). Ces derniers proviennent, en effet, de régions du ciel relativement proches, comme le plan supergalac­tique, où la densité de matière est la plus élevée et où l’on trouve le plus de galaxies dotées de noyaux actifs. Alimentées par des trous noirs supermassifs qui en­gloutissent la matière environnante, ces galaxies à noyaux actifs pourraient effec­tivement jouer le rôle d’accélérateurs cosmiques, mais les scienti­fiques ignorent encore par quels mécanismes précis ils pourraient produire des niveaux d’énergie aussi élevés.

La faible déviation de trajectoire (entre 3 et 6 degrés) provoquée par les champs magnétiques galactiques et extragalactiques suggère également que les rayons cosmiques sont plutôt composés de protons que de noyaux d’éléments plus lourds. Ces derniers possédant plus de charges électriques devraient être beaucoup plus fortement dé­viés. Mais là en­core, il est impos­sible de trancher, car ces champs magnétiques que l’on connaît très mal peuvent avoir une intensité plus faible que prévu et donc avoir une action moindre sur les particules chargées.

http://www.lefigaro.fr/sciences/2007/11/09/01008-20071109ARTFIG00005-lorigine-mysterieuse-des-rayons-cosmiques-.php