Une recherche récente dirigée par l'Université de Bergen révèle que de grands orages émettent des rayons gamma de haute énergie, un phénomène plus répandu et complexe que ce que l'on croyait auparavant. Cette découverte révolutionnaire a été publiée le 16 octobre 2024 dans le journal Nature.
Les satellites de la NASA avaient initialement détecté des particules de haute énergie provenant des orages dans les années 1990, conçus à l'origine pour observer des événements cosmiques comme les supernovae. Pour approfondir l'investigation, une équipe internationale de scientifiques a utilisé un avion espion U2 modifié pour survoler ces tempêtes et réaliser des analyses sur place.
Steve Cummer, professeur à l'Université de Duke et co-auteur de l'étude, a déclaré : "Il se passe beaucoup plus de phénomènes dans les orages que nous ne l'imaginions. Essentiellement, tous les grands orages génèrent des rayons gamma tout au long de la journée sous diverses formes." L'étude explique que la physique derrière la génération de ces éclats de haute énergie est bien comprise.
Au fur et à mesure que les orages se développent, les courants d'air tourbillonnants interagissent avec les gouttes d'eau, la grêle et la glace, créant une charge électrique comparable à celle générée par le frottement d'un ballon sur une serviette. Les particules positives s'accumulent au sommet de la tempête, tandis que les négatives se déposent à la base, entraînant un champ électrique potentiellement aussi puissant que 100 millions de piles AA.
Lorsque des particules chargées comme les électrons rencontrent ce champ intense, elles s'accélèrent. Si elles atteignent une vitesse suffisante et entrent en collision avec des molécules d'air, elles peuvent éjecter des électrons de haute énergie, déclenchant un processus en cascade pouvant mener à des réactions nucléaires et à la production de rayons gamma, d'antimatière et d'autres formes de radiation.
L'étude a révélé que la radiation gamma n'est pas un événement rare ; lors d'un mois de vols de recherche au-dessus de grands orages tropicaux au sud de la Floride, l'équipe a observé des rayons gamma dans 9 des 10 vols. Cette émission de radiation constante est comparée à de la vapeur s'échappant d'une casserole bouillante, suggérant une limite à l'énergie pouvant s'accumuler dans ces tempêtes.
De plus, l'équipe a identifié plusieurs éclats de rayons gamma de courte durée, souvent coïncidant avec des décharges d'éclair actives, ce qui indique que les champs électriques générés par les éclairs renforcent probablement l'énergie des électrons, facilitant des réactions nucléaires de haute énergie. Ils ont également enregistré deux types d'éclats de rayons gamma jamais vus auparavant : l'un durant moins d'une milliseconde et l'autre comprenant une séquence rapide de dix éclats individuels en une dixième de seconde.
Bien que la radiation ne présente un risque que lorsqu'elle est à proximité de sa source, Cummer note que les dangers de la turbulence et des vents extrêmes dans les cœurs d'orage actifs sont d'une plus grande préoccupation pour les avions.