Les rayons cosmiques : historique et enjeux actuels - IPN - IN2P3

tourner vers des sites permettant d’accélérer des particules, jusqu’à des
énergies parfois colossales. Si l’on considère des processus d’accélération
de Fermi, les meilleurs candidats sont des phénomènes violents produisant
des ondes de choc (l’accélération de Fermi suppose que les particules
sont accélérées par ondes de choc successives dans les plasmas). On peut
alors penser aux explosions de supernovae ou aux éjections de matière
relativiste comme les jets observés dans des noyaux actifs de galaxie ou
produits par les sursauts gammas. L’énergie qu’il est possible d’atteindre
avec de tels mécanismes est grossièrement proportionnelle à l’intensité
du champ magnétique régnant dans le site, mais aussi à la taille du site
puisque les rayons cosmiques doivent y être confinés assez longtemps pour
y être accélérés. L’hypothèse la plus communément admise est que l’essentiel
des rayons cosmiques (E < 10 15 eV) pourrait être accéléré par les
chocs en expansion que produisent les vestiges de supernovae. Cette hypothèse
est d’autant plus attrayante que les modèles d’accélération dans
les restes de supernovae prévoient en sortie un spectre en loi de puissance
comme celui du rayonnement cosmique. D’autre part, la puissance des
supernovae dans la galaxie est compatible avec la puissance requise pour
renouveler le flux des rayons cosmiques, de l’ordre de 1.5 10 41 erg [1].
Lorsque l’on cherche les sources du rayonnement cosmique à plus haute
énergie, le nombre de candidats est plus limité, comme le montre le diagramme
de Hillas (figure 7), qui résume les caractéristiques de différentes
sources en présentant l’intensité du champ magnétique en fonction de leur
taille. Les lignes rouges pleines et pointillées montrent les caractéristiques
des sources nécessaires pour atteindre pour des protons respectivement
10 19 et 10 20 eV. Seuls les noyaux actifs de galaxie, les sursauts gamma
et les étoiles à neutrons sont des objets qui permettraient éventuellement
d’accéder à de telles énergies.
Actuellement, il reste à prouver que les processus de Fermi sont capables
d’accélérer des particules aux énergies les plus extrêmes du spectre,
sachant qu’à ces énergies, et dans les sites pressentis de très fort champs
magnétiques, il faut tenir compte des pertes d’énergie par interaction
Compton inverse sur les rayonnements environnants. La question de
la nature des sources possibles, plus particulièrement à haute énergie,
suscite de nombreux débats et nécessite d’être élucidée.
9