Notre planète est constamment bombardée par des particules de haute énergie provenant de l’espace, un phénomène connu sous le nom de rayonnement cosmique. Même si le terme semble effrayant, la plupart de ces rayonnements sont inoffensifs. Il comprend la lumière visible et les particules subatomiques qui traversent le cosmos, souvent appelées rayons cosmiques. Certains proviennent de notre Soleil, d’autres de la Voie lactée, et un nombre surprenant parcourt de grandes distances depuis d’autres galaxies.
L’ampleur de l’impact extragalactique
Il est remarquable que la Terre intercepte régulièrement des particules provenant de galaxies situées à des millions d’années-lumière. Ces particules perdent de l’énergie avec le temps, mais certaines arrivent quand même avec une force extraordinaire. Leur énergie est mesurée en électrons-volts (eV), une petite unité : 26 millions de billions d’eV équivaut à un joule (l’énergie nécessaire pour réchauffer un centimètre cube d’eau de 1 degré Celsius). Pourtant, les rayons cosmiques transportent souvent des mégaélectronvolts (MeV), voire des gigaélectronvolts (GeV).
Cependant, certains rayons cosmiques défient toute attente. En 1991, le détecteur Fly’s Eye a enregistré une particule d’une énergie de 320 quintillions d’eV, soit 320 milliards de GeV. Cette particule « Oh-My-God » (OMG) possédait 51 joules d’énergie cinétique, équivalente à une balle courbe lente, mais concentrée en une seule particule subatomique.
Qu’est-ce qui rend cette particule si étrange ?
Les protons, les particules fondamentales qui composent ce rayon, sont incroyablement petits. Pour mettre les choses en perspective, un proton comparé à une orange est comme une orange comparée à l’orbite de Neptune. La particule OMG se déplaçait à 99,99999999999999999999995 % de la vitesse de la lumière. S’il avait couru contre un photon depuis la naissance de l’univers, il ne serait aujourd’hui qu’à 600 mètres derrière.
D’où vient cette énergie ?
La source est probablement des trous noirs supermassifs situés dans des galaxies lointaines. Ces trous noirs éjectent de puissants faisceaux de matière et d’énergie, porteurs de puissants champs magnétiques. Les particules chargées, comme les protons, accélèrent dans ces champs. Les collisions entre les nuages de gaz augmentent encore leur énergie grâce à un processus appelé « accélération de Fermi de premier ordre » : un trébuchet cosmique projetant des particules à des vitesses proches de la lumière.
Le deuxième rayon cosmique le plus énergétique jamais détecté, surnommé Amaterasu, provenait de la galaxie PKS 1717+177, connue pour ses puissants jets. Ces événements sont si énergiques qu’ils éclipsent tout ce que nous pouvons créer sur Terre.
Une violation des règles cosmiques ?
Cependant, la particule OMG remet en question notre compréhension de la physique. L’univers est rempli du fond diffus cosmologique, un rayonnement de faible énergie laissé par le Big Bang. À des vitesses proches de la lumière, les particules rencontrent ce rayonnement amplifié par l’effet Doppler. Cela devrait les ralentir, voire les diviser en d’autres particules.
Pourtant, la particule OMG nous est parvenue malgré ces obstacles. La solution pourrait être qu’il ne s’agissait pas d’un proton, mais d’un noyau plus lourd, comme le fer, qui interagit différemment avec le fond diffus cosmologique.
Une fenêtre sur l’univers primitif
L’existence de ces rayons cosmiques de très haute énergie prouve que des sources d’énergie extrêmes existent au-delà de notre galaxie. C’est comme avoir un aperçu de la fraction de seconde qui a suivi le Big Bang. L’univers révèle constamment ses secrets, et ces particules ne sont qu’un moyen parmi d’autres.
