Une équipe internationale de scientifiques a développé un programme informatique qui simule le transfert de l'espace
Que sont les rayons cosmiques ?
Les rayons cosmiques, de par leur nature, sontparticules élémentaires et noyaux atomiques qui se déplacent à haute énergie dans l’espace. Les principales sources de rayons cosmiques primaires sont considérées comme les explosions de supernovae (rayons cosmiques galactiques) et le Soleil, mais leur nature n'est pas encore entièrement comprise.
Hautes énergies (jusqu'à 1016 eV) du rayonnement galactiqueLes scientifiques expliquent les rayons cosmiques par l'accélération des particules sur les ondes de choc générées par les explosions de supernova. Ils se déplacent presque à la vitesse de la lumière, soit environ 300 000 km/s.
Historique de la découverte
Les rayons cosmiques ont été découverts en 1912 par un Autrichienphysicien Victor Hess. Il était employé de l'Institut du Radium de Vienne et menait des recherches sur les gaz ionisés. Cependant, même jusqu’à ce moment, les scientifiques soupçonnaient leur existence.
Physicien français Charles Augustin de Coulomb,En explorant la nature de l'électricité à l'aide d'un électroscope, il a découvert que la charge s'écoule spontanément des feuilles de papier d'aluminium, même avec la meilleure isolation électrique. William Crookes a découvert plus tard que la vitesse de ce processus diminue lorsque la pression de l'air dans l'électroscope diminue. Le scientifique est donc arrivé à la conclusion que la cause de la décharge était l'ionisation de l'air.
Auteur : Montage : Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze, Photo : Observatoire Pierre Auger. Copyright : CC BY-NC 4.0
Cependant, la raison en était inconnue jusqu'à ce queles physiciens n'ont pas découvert le phénomène de la radioactivité. Les scientifiques ont alors émis l’hypothèse de l’existence d’un rayonnement de fond global dont la source était soit la Terre, soit l’atmosphère, soit l’espace.
Après une série d'expériences, Hess est arrivé à la conclusion que la source de rayonnement était le ciel. Le scientifique l’a appelé « rayonnement à haute altitude ».
20 ans plus tard, Hess recevait le prix Nobelprix, et ses recherches ont servi de base au développement d’un nouveau domaine scientifique : la physique des rayons cosmiques. Depuis, les scientifiques ont fait de grands progrès dans leurs recherches, mais certaines questions restent encore sans réponse. Par exemple, sur la vitesse et le processus de formation des rayons cosmiques.
Pourquoi les rayons cosmiques sont-ils difficiles à observer ?
100 ans depuis la découverte des rayons cosmiquesil y a quelques années, les chercheurs tentent de déchiffrer d'où ils viennent. Le problème est que vus de la Terre, ils ne peuvent pas être vus « séparément » à l’œil nu. Ils sont également éclairés presque partout où une personne regarde.
Les lignes colorées montrent comment les rayons cosmiques sont déviés dans les champs magnétiques.
Les lignes droites blanches représentent le champ magnétique à grande échelle.
Les trajectoires des particules (lignes colorées) sont affectées par des champs magnétiques à petite échelle non représentés ici.
Illustration : Lukas Merten
C'est parce que la lumière du soleil se diffuse dansl'atmosphère terrestre et répartis uniformément dans le ciel. Les rayons cosmiques se dispersent également sur leur chemin vers la planète. Il le fait en interagissant avec des champs magnétiques. Tout ce que nous pouvons voir de la surface de la Terre est une image uniformément éclairée. Cependant, l'origine même du rayonnement reste inconnue.
Qu'ont fait les scientifiques ?
Pour résoudre le problème, les scientifiques ont créé unprogramme informatique CRPropa (eng. Cosmic Ray Propagation Framework, schéma de propagation des rayons cosmiques). Il permet aux scientifiques de suivre les trajectoires des particules depuis leur formation jusqu'à leur arrivée sur Terre. De plus, les données aideront à expliquer pleinement l'interaction des particules avec la matière et les champs de photons dans l'univers.
Il convient de noter que le programme modélise non seulementla propagation des rayons cosmiques, mais aussi les signatures des neutrinos et des rayons gamma qui apparaissent lors de leur interaction. Contrairement aux rayons cosmiques, ces particules messagères peuvent être observées directement depuis leurs sources. C'est parce qu'ils volent vers la Terre par un chemin direct.
Rappelons que les neutrinos sont neutresparticules fondamentales à spin demi-entier. Ils ne participent qu'aux interactions faibles et gravitationnelles. Auparavant, Hi-Tech expliquait de quoi il s'agissait et quelles autres interactions existaient dans la nature.
Ils soutiennent l'univers: comment fonctionnent les quatre principales forces de la nature
En outre, les scientifiques prévoient d'utiliser le logiciel pour prédire de telles signatures de neutrinos et de rayons gamma provenant de galaxies lointaines, telles que des éruptions stellaires ou des galaxies actives.
Comment va-t-elle aider ?
Les auteurs du développement sont confiants :leur logiciel "ouvre de nouvelles fenêtres sur l'Univers". Avec son aide, les physiciens explorent de nouvelles gammes d'énergie qui ne peuvent être entièrement couvertes par les programmes actuellement disponibles.
Et surtout, les scientifiques vont maintenant développerun modèle théorique qui décrit le mouvement des rayons cosmiques de notre galaxie de la Voie lactée vers des amas d'étoiles distants et compare les données avec les observations.
Le programme de simulation a été développé par 17chercheurs d'Allemagne, d'Espagne, des Pays-Bas, d'Italie, de Croatie, d'Angleterre et d'Autriche. Le projet a été réalisé dans le cadre du Centre commun de recherche, qui est financé par la Fondation allemande pour la recherche.
Les scientifiques sont convaincus que CRPropa apportera une contribution significativecomprendre d'où viennent les rayons cosmiques. De nouveaux calculs théoriques aideront les physiciens à interpréter la variété des données que les scientifiques reçoivent des divers instruments qui observent le cosmos.
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