L'origine des rayons cosmiques a été l'un des mystères les plus persistants de la physique, et il semble que cela va durer encore un certain temps. L'un des principaux candidats pour l'origine des rayons cosmiques est les sursauts gamma, et les physiciens espéraient qu'un énorme détecteur antarctique appelé l'Observatoire des neutrinos IceCube confirmerait cette théorie. Mais les observations de plus de 300 GRB n'ont révélé aucun signe de rayons cosmiques. Bref, les rayons cosmiques ne sont pas ce que nous pensions être.
Mais, tout comme Thomas Edison qui a déclaré que «chaque mauvaise tentative rejetée est un autre pas en avant», les physiciens considèrent cette dernière découverte comme un progrès.
"Bien que nous n'ayons pas découvert d'où viennent les rayons cosmiques, nous avons franchi une étape importante vers l'exclusion de l'une des principales prédictions", a déclaré Francis Halzen, chercheur principal d'IceCube et professeur de physique à l'Université du Wisconsin-Madison.
Les rayons cosmiques sont des particules chargées électriquement, comme les protons, qui frappent la Terre de toutes les directions, avec des énergies jusqu'à cent millions de fois supérieures à celles créées dans les accélérateurs artificiels. Les conditions intenses nécessaires pour générer de telles particules énergétiques ont focalisé l'intérêt des physiciens sur deux sources potentielles: les trous noirs massifs au centre des galaxies actives et les sursauts de rayons gamma (GRB), les éclairs de rayons gamma associés à des explosions extrêmement énergétiques qui ont été observées dans les galaxies éloignées.
IceCube utilise des neutrinos, qui accompagneraient la production de rayons cosmiques, pour explorer ces deux théories. Dans un article publié dans le numéro du 19 avril de la revue Nature, les scientifiques d'IceCube décrivent une recherche de neutrinos émis à partir de 300 sursauts gamma observés, plus récemment en coïncidence avec les satellites SWIFT et Fermi, entre mai 2008 et avril 2010. Étonnamment, ils n'en a trouvé aucun - un résultat qui contredit 15 ans de prédictions et remet en cause l'une des deux principales théories de l'origine des rayons cosmiques de plus haute énergie.
Le détecteur recherche les hautes énergies (téraélectronvolt; 1012-électronvolt), et dans son article, l'équipe a déclaré avoir trouvé une limite supérieure sur le flux de neutrinos énergétiques associés aux GRB qui est au moins un facteur de 3,7 inférieur aux prévisions. Cela implique que les GRB ne sont pas les seules sources de rayons cosmiques avec des énergies supérieures à 1018électron-volts, ou l'efficacité de la production de neutrinos est beaucoup plus faible que prévu. Quoi qu'il en soit, disent les scientifiques, nos théories actuelles sur la production de rayons cosmiques et de neutrinos dans les GRB devront être réexaminées. "Le résultat de cette recherche de neutrinos est important parce que pour la première fois nous avons un instrument suffisamment sensible pour ouvrir un nouveau fenêtre sur la production de rayons cosmiques et les processus intérieurs des GRB ", a déclaré le porte-parole d'IceCube et professeur de physique à l'Université du Maryland, Greg Sullivan. "L'absence inattendue de neutrinos dans les GRB a forcé une réévaluation de la théorie de la production de rayons cosmiques et de neutrinos dans une boule de feu GRB et peut-être la théorie selon laquelle des rayons cosmiques de haute énergie sont générés dans des boules de feu." IceCube est un détecteur de particules à la Pôle Sud qui enregistre les interactions d'un neutrinos presque sans masse. Les instruments observent les neutrinos en détectant la faible lumière bleue produite lors des interactions des neutrinos dans la glace. Les neutrinos peuvent facilement voyager à travers les gens, les murs ou des planètes entières, comme la Terre. Afin de détecter leurs interactions rares, IceCube est construit à une échelle énorme. Un kilomètre cube de glace glaciaire, suffisant pour s'adapter 400 fois à la grande pyramide de Gizeh, est équipé de 5160 capteurs optiques intégrés jusqu'à 2,5 kilomètres de profondeur dans la glace.Les GRB, les explosions les plus puissantes de l'univers, sont généralement observées pour la première fois par des satellites utilisant X -des rayons et / ou des rayons gamma. Les GRB sont vus environ une fois par jour et sont si brillants qu'ils peuvent être vus à mi-chemin à travers l'Univers visible. Les explosions ne durent généralement que quelques secondes et, pendant ce bref laps de temps, elles peuvent éclipser tout le reste de l'univers.Les scientifiques disent qu'une meilleure compréhension théorique et davantage de données provenant du détecteur IceCube en compétition aideront les scientifiques à mieux comprendre le mystère de la production de rayons cosmiques. IceCube collecte actuellement plus de données avec le détecteur finalisé, mieux calibré et mieux compris.IceCube est exploité par une collaboration de 250 physiciens et ingénieurs des États-Unis, d'Allemagne, de Suède, de Belgique, de Suisse, du Japon, du Canada, de Nouvelle-Zélande, d'Australie et Barbade.Plus d'informations sur IceCube.
Source: IceCube / Université du Wisconsin
