Les Microquasars Identifiés comme Principaux Accélérateurs des Rayons Cosmiques Ultra-Énergétiques Galactiques

La question de l'origine des rayons cosmiques, un sujet central de la physique moderne depuis un siècle, pourrait avoir trouvé une réponse significative grâce aux travaux menés par des scientifiques exploitant l'observatoire LHAASO en Chine. Ces chercheurs ont désigné les microquasars comme les accélérateurs primaires de ces particules de haute énergie au sein de la Voie Lactée. Ce mécanisme d'accélération implique des systèmes binaires où des trous noirs interagissent avec des étoiles compagnes, et est désormais soupçonné d'être la source principale des protons et protons hautement énergétiques observés dans notre galaxie.

L'observatoire LHAASO, opérationnel depuis avril 2019, est une infrastructure de recherche située à 4 410 mètres d'altitude dans la préfecture autonome tibétaine de Garzê, province du Sichuan. Couvrant une superficie de 145 hectares, cet observatoire est spécifiquement conçu pour étudier les gerbes atmosphériques déclenchées par les rayons cosmiques et les rayons gamma. Les travaux de cette collaboration, dirigée par l'académicien Cao Zhen de l'Académie chinoise des sciences (CAS), ont permis de détecter des photons dont l'énergie excède le seuil de 1 pétaélectronvolt (PeV), avec une mesure maximale enregistrée à 2,5 PeV dans la région de formation d'étoiles du Cygne.

Ces observations récentes mettent en lumière la structure dite du « genou » du spectre énergétique des rayons cosmiques, une rupture spectrale observée autour de 1 PeV qui marque la limite d'énergie des accélérateurs galactiques traditionnels. LHAASO a détecté des émissions de rayons gamma dépassant 100 TeV provenant de quatre sources associées à des microquasars puissants. Ces données suggèrent que ces systèmes de jets de trous noirs constituent les principaux PeVatrons galactiques responsables de l'apport au flux de rayons cosmiques au-delà de 1 PeV. L'identification des microquasars à ce niveau spectral permet de lier directement les systèmes de jets de trous noirs à cette caractéristique observée depuis près de sept décennies.

Les données précises recueillies par LHAASO, incluant la détection d'émissions de rayons gamma de très haute énergie provenant de cinq microquasars, confirment leur rôle en tant que moteurs de particules parmi les plus extrêmes de la Voie Lactée. Ces systèmes, qui se nourrissent de leurs étoiles compagnes, génèrent des jets dont les rayons gamma et les protons dépassent les estimations antérieures concernant l'accélération de particules. Bien que les rayons cosmiques de plus basse énergie soient souvent attribués au Soleil ou à la galaxie, l'origine des particules les plus énergétiques, notamment celles dépassant 40.10^18 eV, a historiquement fait débat, avec certaines études pointant vers une origine extragalactique. Les nouvelles observations de LHAASO se concentrent sur le régime des PeV au sein de la Voie Lactée, offrant une explication pour les particules juste en dessous de cette limite extragalactique et affinant ainsi les modèles astrophysiques galactiques.