En 2021, l'expérience Telescope Array aux États-Unis a détecté un rayon cosmique ultra-énergétique surnommé « particule Amaterasu ». Son énergie est environ 40 millions de fois supérieure à celle des particules que le Grand collisionneur de hadrons peut accélérer, ce qui en fait le deuxième rayon cosmique le plus énergétique jamais observé. L'origine de telles particules est attribuée à certains environnements extrêmes dans l'Univers.
Initialement, la direction d'arrivée de la « particule Amaterasu » semblait pointer vers le vide local, une région connue pour sa très faible densité en galaxies et en objets potentiellement énergétiques, ce qui soulevait des questions sur sa provenance. Une nouvelle étude apporte des éléments de réponse. Francesca Capel et Nadine Bourriche de l'Institut Max Planck d'astrophysique ont publié leurs résultats dans « The Astrophysical Journal », suggérant que la particule pourrait ne pas provenir d'une région vide.
L'équipe de recherche a développé une nouvelle méthode basée sur les données, combinant des simulations tridimensionnelles de la propagation des rayons cosmiques et de leur interaction avec les champs magnétiques galactiques, et a appliqué une technique statistique d'inférence bayésienne approximative pour retracer les trajectoires possibles de la particule dans l'espace. « Nos résultats indiquent que la particule Amaterasu a plus de chances d'avoir été produite dans une galaxie à formation d'étoiles proche comme M82, plutôt que dans une région de faible densité spatiale comme le vide local », explique Nadine Bourriche. M82 est une galaxie à sursaut d'étoiles située à environ 12 millions d'années-lumière de la Terre.
Cette étude a généré des cartes de probabilité montrant les positions d'origine possibles de la particule en comparant des simulations physiques avec les données d'observation. Francesca Capel déclare : « Explorer les rayons cosmiques ultra-énergétiques nous aide à mieux comprendre comment l'Univers accélère la matière à de telles énergies. » Elle précise que l'objectif de l'équipe est de développer des méthodes d'analyse statistique avancées pour mieux comprendre les sources possibles de ces particules énergétiques.
Le cadre analytique établi par cette étude fournit de nouveaux outils pour explorer à l'avenir l'origine des rayons cosmiques ultra-énergétiques, permettant un rapprochement plus étroit entre les modèles théoriques et les données d'observation, et facilitant l'intégration d'informations provenant de différentes observations pour retracer les sources cosmiques de ces particules rares.
Détails de la publication : Auteurs : Nadine Bourriche et al., Titre : « Au-delà du vide local : recherche basée sur les données de l'origine de la particule Amaterasu », Publié dans : « The Astrophysical Journal » (2026). Informations sur la revue : The Astrophysical Journal
