Hubert Reeves

Les rayons cosmiques

Émission du 28 mai 2006

Entre les planètes, entre les étoiles, entre les galaxies circulent en permanence d'énormes flux de particules rapides, à des vitesses voisines de celle de la lumière. Il y a surtout des électrons et des protons, mais aussi toutes les variétés de noyaux atomiques : carbone, oxygène, fer, jusqu'au thoriun et à l'uranium, incluant leurs nombreux isotopes, radioactifs ou non. L'ensemble porte le nom de « rayons cosmiques » (à ne pas confondre avec le « rayonnement cosmologique » de photons, émis aux premiers temps de l'univers, et que nous avons présenté auparavant sous le nom de « rayonnement fossile »).

Quelle est l'origine du rayonnement cosmique ? Quelles sont les sources de ces particules rapides ? Par quels phénomènes physiques sont-elles accélérées à ces énergies prodigieuses ?

Nos réponses, ici, sont relativement rudimentaires et insatisfaisantes.

Vraisemblablement, il s'agit d'un ensemble d'événements violents, de nature explosive, associé à la vie et à la mort des étoiles. Dans les restes des supernovæ (la nébuleuse du Crabe, par exemple), on observe un rayonnement bleu qui témoigne en ces lieux de la présence d'électrons rapides. Les atomes, éjectés par la violence de l'explosion, seraient ensuite accélérés par les champs magnétiques en mouvement dans la galaxie.

Les phénomènes brusques qui se produisent à la surface du Soleil (sursauts, protubérances, orages magnétiques violents …) sont souvent accompagnés d'émissions de faisceaux de particules rapides qui se propagent dans tout le système solaire. Ces éjections ont vraisemblablement pour cause des mouvements de champs magnétiques dans les masses gazeuses des couches superficielles de notre astre. Ces événements durent plusieurs heures. Ils présentent des dangers pour les cosmonautes en orbite, ainsi que pour les systèmes de télécommunications.

On pense aussi, sans en avoir la certitude, que les trous noirs massifs qui occupent la position centrale des galaxies sont, indirectement, des sources de rayons cosmiques. Les jets puissants qu'on observe souvent en provenance de ces régions pourraient s'accompagner de mécanismes d'accélération de particules chargées de très hautes énergies.

Certaines particules du rayonnement cosmique, fort rares d'ailleurs, possèdent autant d'énergie qu'une balle de golf lancée par un joueur expert. On n'a, jusqu'ici, aucune hypothèse réaliste quant à la source de ces particules. Cette question reste sans réponse depuis plusieurs années. Pour les étudier, on met aujourd'hui en chantier des batteries de détecteurs couvrant des dimensions immenses dans la pampa argentine. Les résultats devraient commencer à nous parvenir dans les prochaines années. Ils pourraient nous donner des informations fondamentales, aussi bien en astrophysique qu'en physique des particules.