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

– Où se trouvent ces sources, dans la galaxie ou dans l’espace extragalactique
?
A basse énergie, il est admis que les rayons cosmiques sont d’origine
galactique. En effet, on s’attend à ce qu’ils soient confinés dans le disque
de la galaxie par les champs magnétiques qui y règnent, typiquement de
quelques µgauss, leur rayon de giration étant alors bien plus faible que la
hauteur du disque. Au contraire à très haute énergie, les rayons cosmiques
ont un rayon de giration tel qu’ils ne peuvent plus être confinés dans
la galaxie. S’ils étaient cependant produits dans la galaxie, il ne serait
pas possible d’obtenir le flux globalement isotrope observé. On s’attend
donc à ce qu’ils soient d’origine extra-galactique. Le problème est de
savoir où se situe la transition entre les rayons cosmiques galactiques
et extra-galactiques. Cette question fait l’objet de nombreux débats et
ce sont les études de composition à haute énergie qui permettront de
trancher entre les différents modèles.
– Comment se propagent-ils avant d’atteindre la terre?
Quelles que soient les sources à l’origine du rayonnement cosmique, les
observables dont nous disposons ne sont que la convolution du spectre
source avec les effets liés à la propagation dans le milieu interstellaire.
L’étude des sources est donc compliquée par la prise en compte des effets
dus à la propagation, mais en contre partie, elle va permettre d’extraire
des informations sur les milieux traversés par les rayons cosmiques. En
effet, les rayons cosmiques subissent des pertes d’énergie qui dépendent de
leur nature et de leur énergie. Ces pertes sont liées aux densités de matière
traversée et aux différentes interactions subies. Les pertes dominantes
sont les pertes coulombiennes et d’ionisation, Bremsstrahlung inverse et
pertes par collisions, ainsi que les pertes avec les photons.
Plus particulièrement les rayons cosmiques ultra-énergétiques (typiquement
autour de 10 20 eV pour des protons) lors de leur propagation de leur
site d’accélération jusqu’à la terre, interagissent avec les photons du fond
diffus cosmologique qui remplissent uniformément l’univers (essentiellement
par photoproduction de pions), et perdent de ce fait une partie
de leur énergie. Comme le montre la figure 9, plus les particules sont
énergétiques, plus les pertes d’énergies pendant leur propagation sont
violentes.
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