hubert reeves RCE ray. cosmiques



Mise à jour le 24 Novembre 2010



CONFÉRENCE "ENQUÊTE SUR L’ORIGINE DES RAYONS COSMIQUES"
Par Hubert REEVES Astrophysicien

Pour les RCE 2010 Cité des Sciences de Paris
Le 12 Novembre 2010 à 11H15

Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.
REMARQUE : Les comptes rendus des conférences sont mis en ligne au fur et à mesure
Vous vous en apercevrez en allant voir la page du compte rendu général de temps en temps à l'index "conférences", je signalerai les mises en ligne dans la fenêtre des mises à jour du site



BREF COMPTE RENDU

Hubert Reeves remplit toujours ses salles, c’est une tradition !!



On voit ici Hubert Reeves à côté de Claudie Haigneré, la nouvelle Présidente de l’ensemble Universcience qui regroupe Cité des Sciences et Palais de la Découverte.

Hubert Reeves, célèbre astrophysicien canado-français est très connu du grand public qui lui fait une ovation à chacune de ses interventions, cela a encore été le cas aujourd’hui.


Il nous parle cette fois-ci de l’origine des rayons cosmiques, et nous entraîne sur les pas d’une enquête policière à ce sujet .

Tout commence avec la découverte de la radioactivité en 1902 et les travaux de P et M Curie.

Les premiers compteurs de radiations mesurent une certaine activité même en l’absence de produits radioactifs, d’où cela peut-il bien venir ?

C’est Victor Hess qui a l’idée de mettre ces détecteurs dans un ballon en 1912.
Curieusement, plus le ballon prend de l’altitude et plus le détecteur crépite ; il vient de découvrir les rayons cosmiques.



Mais d’où viennent-ils ?? Quelle est leur nature ?? Quelle est l’origine de leur énergie ??

H Reeves va essayer de répondre à ces questions.

NATURE.

Ce sont des éléments stables comme :

· les électrons
· les protons (surtout)
· des noyaux atomiques non naturellement radioactifs (Hélium principalement)
· les neutrinos
· les photons



ORIGINE.

Les orages solaires ont un rôle mineur, ils jouent surtout sur les rayons cosmiques basse énergie, surtout en période de maximum solaire.
Les étoiles massives par contre jouent un rôle plus important avec le vent stellaire puissant qui les véhiculent, de même les collisions de galaxies.

La direction d’arrivée est pour la plupart isotrope, sauf ceux de hautes énergies.

On suppose qu’ils sont produits dans notre galaxie, d’où leur nom : rayons cosmiques galactiques (RCG).

ÉNERGIE.



Les énergies mises en jeu sont énormes, de l’ordre de 10²⁰ eV, dix millions de fois plus élevée que les protons du LHC (10¹³ eV).

C’est d’ailleurs cette énorme valeur énergétique des rayons cosmiques qui permet de répondre à la question qui s’est posée au moment de la construction du LHC : cela ne va-t-il pas créer localement des trous noirs et faire disparaître, la région, la planète, le système solaire etc.. ?

Et bien la réponse est non, car notre bonne vieille Terre ainsi que la Lune et les autres planètes sont bombardées en permanence avec ces rayonnements beaucoup plus énergétiques que ceux du LHC, et jusqu’à preuve du contraire, nous sommes toujours là !!


L’énergie de ces particules étant tellement importante, qu’un phénomène accélérateur doit exister.






L’abondance des particules constituant les RCG (courbe noire) peut être comparée à l’abondance des éléments usuels (barres bleues) dans l’Univers, comme on le voit sur cette diapo.

Ces deux courbes se ressemblent à deux exceptions près :

· Les éléments légers Li, Be, B avant le pic du C
· Les éléments avant le pic du Fe.
Pourquoi ??

On remarquera que l'abondance des éléments dans les rayons cosmiques diminue quand l'énergie nécessaire pour ioniser cet élément augmente.






LA VIE D’UN RAYON COSMIQUE .


Pendant son parcours, il ralentit par collision, ce qui va donner des noyaux nouveaux et du rayonnement gamma.

Les cosmiques par exemple cassent l’Oxygène et produisent He, Li, neutrons et gamma ; par le phénomène de spallation.

L’existence du Béryllium (et du Li et B) est le résultat de l’interaction entre le gaz inter stellaire et les rayons cosmiques de haute énergie.

L’âge des isotopes radioactifs (notamment Be-10 de demie vie 1,5 Ma) formés dans ces collisions nous permet de donner un âge aux rayons cosmiques, leurs temps de parcours est au moins de l’ordre du million d’années ?

On en déduit aussi leur densité moyenne : 0,3 atome/cm3, ce qui est 1/3 de la densité de notre disque galactique, on pense donc qu’ils passent la majeure partie de leur vie hors du plan galactique, soit dans le halo soit dans le milieu interstellaire (ISM).


L’ACCÉLÉRATION DES RAYONS COSMIQUES .

C’est Vitaly Ginzburg qui émit l’hypothèse en 1956 que les super novae (SN) injectent et accélèrent les particules éjectées au moment de l’explosion.

Mais ce scénario a quelques faiblesses :
Le Ni59 se désintègre par capture électronique en Co59 (période 76.000 ans), c’est normal que l’on n’en trouve pas parmi les RCG qui sont plus vieux que la période radioactive, comme ils sont restés plus de 100.000 ans à disparaître, et avant d’être accélérés ; la SN ne peut pas être à la fois injecteur et accélérateur .


Voilà ce qu’en dit le CEA :
Les ondes de choc produites par les supernovae brassent, agitent et échauffent le milieu interstellaire. Elles accélèrent sur leur passage des noyaux d’atomes et des électrons et sont à l’origine du rayonnement cosmique qui lui-même, par les réactions nucléaires qu’il induit sur son passage, est responsable de la genèse des noyaux légers, lithium, béryllium et bore.

D’autre part les rayons cosmiques ont un rapport Ne22/Ne20 cinq fois plus élevé que les abondances universelles.

Or les super géantes bleues (les étoiles du type Wolf Rayet) sont grandes productrices de Ne22 notamment , leurs vents puissants en font des injecteurs idéaux.

En résumé,

Les rayons cosmiques sont injectés par vents stellaires (1000km/s) d’étoiles ordinaires, en particulier par des étoiles massives O et B.

20% proviendraient des étoiles de type Wolf Rayet.



Il semblerait qu’il y ait proche de nous un lieu riche en rayons cosmiques que l’on voit en bleu foncé sur cette carte du ciel.



La région de formation d’étoiles massives 30 Doradus située dans le grand nuage de Magellan est une des sources importantes de RCG proches de nous.














POUR ALLER PLUS LOIN :

Quand les particules tombent du ciel, CR de la conférence de C Roucelle.

L’observatoire Auger à la recherche des rayons cosmiques, CR de la conférence de J Cronin à la BNF.

Conférence NEPAL de l’IN2P3, sur les rayons cosmiques.

Le roman des rayons cosmiques

À la rencontre des rayons cosmiques par G Hartmann.

Cosmic rays composition par la NASA.

SNR and Cosmic Ray Acceleration par la NASA

L'origine des éléments légers dans l'Univers, par H Reeves, un ancien article de La Recherche.

Les rayons cosmiques primaires chargés par nos amis Suisses.

Les restes de supernovae, sources de rayons cosmiques par A Marcowith, article de La Recherche.

À la source des rayons cosmiques, article de La Recherche.

Les étoiles massives, moteurs des rayons cosmiques, article de Pour la Science.

L'expérience H.E.S.S. découvre un accélérateur cosmique en pleine action au centre de la Voie Lactée, par l’Université Paris 7

L'observatoire Pierre Auger remonte aux sources des rayons cosmiques d'énergie extrême par le LPSC de Grenoble.



Bon ciel à tous




Jean Pierre Martin commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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