Le satellite chinois Dark Matter Particle Explorer (DAMPE), également surnommé « Wukong » (Roi des Singes), a réalisé une avancée majeure dans la recherche sur les rayons cosmiques, rapportant pour la première fois l’observation de la limite dépendant de la charge de l’accélération des rayons cosmiques, et fournissant des preuves clés de l’existence d’un « super accélérateur de particules » près de la Terre.
L’étude, publiée mercredi dans la revue académique Nature, met en lumière le mystère de longue date de l’origine des rayons cosmiques.
Les rayons cosmiques sont des flux de particules de haute énergie, notamment des noyaux atomiques, des électrons et des positons, qui se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière. Ils proviennent de phénomènes cosmiques extrêmes tels que les restes de supernova, les étoiles à neutrons et les trous noirs, agissant comme des « messagers » transportant des informations critiques sur les environnements les plus violents de l’univers. Malgré de longues études, l’humanité n’a pas trouvé de réponses définitives à des questions telles que l’origine des rayons cosmiques.
À l’aide de données d’observation collectées par DAMPE entre 2016 et 2024, l’équipe de recherche, dirigée par le Purple Mountain Observatory (PMO) de l’Académie chinoise des sciences (CAS), mesure et cartographie avec précision les spectres énergétiques de cinq types de particules de rayons cosmiques : les protons, l’hélium, le carbone, l’oxygène et le fer. Ils ont découvert que les quantités de toutes les différentes particules présentaient une forte diminution synchronisée lorsqu’elles atteignaient un seuil spécifique de haute énergie.
« C’est comme les voitures sur une autoroute. Une fois que leur vitesse atteint une certaine limite, le nombre de véhicules pouvant continuer à accélérer diminue soudainement de manière significative », a déclaré Chang Jin, scientifique en chef du DAMPE et membre de la CAS.
Grâce à des calculs, l’équipe a découvert que la limite est déterminée par la charge de la particule plutôt que par sa masse.
« En termes simples, plus la charge des particules est grande, plus l’énergie maximale à laquelle elles peuvent être accélérées est élevée », a expliqué Fan Yizhong, chercheur au PMO et concepteur en chef adjoint du système d’application scientifique du DAMPE.
Ce modèle d’accélération dépendant de la charge a été proposé pour la première fois par des physiciens danois en 1961, mais les limitations de la technologie d’observation ont empêché sa vérification pendant plus de six décennies. Les capacités de détection sans précédent de DAMPE ont fourni la première preuve observationnelle directe de cette théorie.
Les résultats indiquent l’existence d’un « super accélérateur de particules » naturel relativement proche de la Terre – à une échelle d’environ 1 000 années-lumière. « En combinaison avec des études antérieures sur la distribution directionnelle des rayons cosmiques, il peut également être déterminé que cette source d’accélération est située dans une direction éloignée du cœur de la Voie lactée », a déclaré Yuan Qiang, chercheur au PMO et membre de l’équipe scientifique du satellite.
Depuis son lancement en 2015, DAMPE a enregistré environ 18,5 milliards d’événements de particules de haute énergie. Sa large couverture énergétique, ses mesures précises d’énergie et ses fortes capacités d’identification de particules le rendent unique parmi les détecteurs de rayons cosmiques spatiaux au monde.
« Le satellite est toujours en excellent état », a déclaré Chang. « Avec l’accumulation de données, nous attendons avec impatience leurs contributions supplémentaires pour élucider les mystères de la matière noire et l’origine des rayons cosmiques de haute énergie. »
(Avec la contribution de Xinhua)
