Les scientifiques de MSU aident à découvrir le plus haut

Université de Michigan

EAST LANSING, Michigan – Parfois, le meilleur endroit pour cacher un secret est en plein jour. Demandez simplement au soleil.

"Le soleil est plus surprenant que nous le pensions", a déclaré Mehr Un Nisa, chercheur postdoctoral à la Michigan State University. "Nous pensions avoir découvert cette étoile, mais ce n'est pas le cas."

Nisa, qui rejoindra bientôt le corps professoral de MSU, est l'auteur correspondant d'un nouvel article dans la revue Physical Review Letters qui détaille la découverte de la lumière la plus énergétique jamais observée depuis le soleil.

L’équipe internationale à l’origine de la découverte a également découvert que ce type de lumière, appelé rayons gamma, est étonnamment brillant. Autrement dit, il y en a plus que ce que les scientifiques prévoyaient auparavant.

Regarder comme un HAWC

Bien que la lumière à haute énergie n'atteigne pas la surface de la Terre, ces rayons gamma créent des signatures révélatrices qui ont été détectées par Nisa et ses collègues travaillant avec l'Observatoire Cherenkov des eaux à haute altitude, ou HAWC.

Financé par la National Science Foundation et le National Council of Humanities Science and Technology, HAWC est une partie importante de l’histoire. Contrairement à d’autres observatoires, il fonctionne 24 heures sur 24.

"Nous disposons désormais de techniques d'observation qui n'étaient pas possibles il y a quelques années", a déclaré Nisa, qui travaille au Département de physique et d'astronomie du Collège des sciences naturelles.

"Dans ce régime énergétique particulier, les autres télescopes au sol ne pourraient pas observer le soleil car ils ne fonctionnent que la nuit", a-t-elle déclaré. "Le nôtre fonctionne 24h/24 et 7j/7."

En plus de fonctionner différemment des télescopes conventionnels, HAWC est très différent du télescope typique.

Plutôt qu'un tube équipé de lentilles en verre, HAWC utilise un réseau de 300 grands réservoirs d'eau, chacun rempli d'environ 200 tonnes d'eau. Le réseau est niché entre deux sommets volcaniques endormis au Mexique, à plus de 13 000 pieds au-dessus du niveau de la mer.

De ce point d’observation, il peut observer les conséquences des rayons gamma frappant l’air de l’atmosphère. De telles collisions créent ce qu’on appelle des gerbes d’air, qui sont un peu comme des explosions de particules imperceptibles à l’œil nu.

L'énergie du rayon gamma d'origine est libérée et redistribuée entre de nouveaux fragments constitués de particules et de lumière de moindre énergie. Ce sont ces particules – et les nouvelles particules qu’elles créent en descendant – que HAWC peut « voir ».

Lorsque les particules de douche interagissent avec l'eau dans les réservoirs de HAWC, elles créent ce que l'on appelle un rayonnement Tchérenkov qui peut être détecté par les instruments de l'observatoire.

Nisa et ses collègues ont commencé à collecter des données en 2015. En 2021, l'équipe avait accumulé suffisamment de données pour commencer à examiner les rayons gamma du soleil avec suffisamment d'attention.

"Après avoir examiné six années de données, cet excès de rayons gamma est apparu", a déclaré Nisa. "Quand nous l'avons vu pour la première fois, nous nous sommes dit : 'Nous avons définitivement tout gâché.' Le soleil ne peut pas être aussi brillant à ces énergies.

Faire l'histoire

Le soleil émet beaucoup de lumière couvrant toute une gamme d’énergies, mais certaines énergies sont plus abondantes que d’autres.

Par exemple, grâce à ses réactions nucléaires, le soleil fournit une tonne de lumière visible, c’est-à-dire la lumière que nous voyons. Cette forme de lumière transporte une énergie d’environ 1 électron-volt, ce qui est une unité de mesure pratique en physique.

Les rayons gamma observés par Nisa et ses collègues avaient environ 1 billion d’électrons-volts, ou 1 téra électron-volt, en abrégé 1 TeV. Non seulement ce niveau d’énergie était surprenant, mais le fait qu’ils en voyaient autant l’était aussi.

Dans les années 1990, les scientifiques ont prédit que le Soleil pourrait produire des rayons gamma lorsque des rayons cosmiques de haute énergie – des particules accélérées par une centrale cosmique comme un trou noir ou une supernova – se briseraient sur des protons solaires. Mais, sur la base de ce que l’on savait des rayons cosmiques et du soleil, les chercheurs ont également émis l’hypothèse qu’il serait rare de voir ces rayons gamma atteindre la Terre.