Les rayons cosmiques « attaquent » la Terre à chaque seconde : d'où viennent-ils vraiment ?

Une équipe internationale de scientifiques a développé un programme informatique qui simule le transport de l'espace

rayons dans l'espace. Les physiciens espèrent que cela aidera à percer le mystère de leur origine.

Que sont les rayons cosmiques ?

Les rayons cosmiques sont intrinsèquementparticules élémentaires et noyaux d'atomes qui se déplacent à haute énergie dans l'espace. On considère que les principales sources de rayons cosmiques primaires sont les explosions de supernovae (rayons cosmiques galactiques) et le Soleil, mais leur nature n'est pas encore entièrement comprise.

Grandes énergies (jusqu'à 1016 eV) de galaxiesLes 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, environ 300 000 km/s.

Historique de la découverte

Les rayons cosmiques ont été découverts en 1912 par un Autrichienphysicien Victor Hess. Il était membre de l'Institut du Radium de Vienne et a fait des recherches sur les gaz ionisés. Cependant, même jusqu'à ce point, les scientifiques soupçonnaient leur existence.

Physicien français Charles Augustin de Coulomb,enquêtant sur la nature de l'électricité avec un électroscope, a constaté que la charge s'échappait spontanément des feuilles de papier d'aluminium, même avec la meilleure isolation électrique. Plus tard, William Crookes a découvert que la vitesse de ce processus ralentit lorsque la pression de l'air dans l'électroscope diminue. Le scientifique est donc arrivé à la conclusion que la cause de la décharge est l'ionisation de l'air.

Auteur : Montage : Alliance Helmholtz pour la physique des astroparticules / A.Chantelauze, Photo : Observatoire Pierre Auger. Droits d'auteur : CC BY-NC 4.0

Cependant, la raison en était inconnue jusqu'àles physiciens n'ont pas découvert le phénomène de la radioactivité. Ensuite, les scientifiques ont émis une hypothèse sur l'existence d'un fond de rayonnement 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 est le ciel. Le scientifique l'a appelé "rayonnement de haute altitude".

20 ans plus tard, Hess a reçu le prix Nobel, etses recherches ont servi de base au développement d'un nouveau domaine scientifique - la physique des rayons cosmiques. Depuis lors, les scientifiques ont parcouru un long chemin 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 cosmiquesles chercheurs du dos tentent de déchiffrer d'où ils viennent. Le problème est que si vous regardez de la Terre, à l'œil nu, vous ne pouvez pas les voir "séparément". Ils sont également brillamment 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 de spin demi-entier. Ils ne participent qu'aux interactions faibles et gravitationnelles. Auparavant, Hi-Tech racontait de quoi il s'agissait et quelles autres interactions existaient dans la nature.

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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 sûrs que leur logiciel « s'ouvrede nouvelles fenêtres sur l'univers. Avec son aide, les physiciens explorent de nouvelles gammes d'énergie qui ne peuvent pas être entièrement couvertes par les programmes disponibles aujourd'hui.

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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