Les rayons cosmiques sont en réalité des particules subatomiques, principalement des protons (noyaux d'hydrogène) et parfois de l'hélium ou des noyaux atomiques plus lourds et très occasionnellement des électrons. Les particules de rayons cosmiques sont très énergétiques car elles ont une vitesse et donc une impulsion substantielles.
La particule Oh-My-God détectée au-dessus de l'Utah en 1991 était probablement un proton se déplaçant à 0,999 (et ajouter 20 x 9 s après cela) de la vitesse de la lumière et il aurait transporté la même énergie cinétique qu'un baseball se déplaçant à 90 kilomètres heure.
Son énergie cinétique a été estimée à 3 x 1020 électron-volt (eV) et il aurait eu l'énergie de collision de 7,5 x 1014 eV quand il frappe une particule atmosphérique - car il ne peut pas abandonner toute son énergie cinétique dans la collision. Les débris qui se déplacent rapidement en emportent une partie et il y a aussi une certaine perte de chaleur. Dans tous les cas, c'est toujours environ 50 fois l'énergie de collision que nous prévoyons que le Grand collisionneur de hadrons (LHC) sera capable de générer à pleine puissance. Cela vous donne donc une base solide pour vous moquer des prophètes du malheur qui sont toujours convaincus que le LHC détruira la Terre.
Maintenant, la plupart des particules de rayons cosmiques sont de faible énergie, jusqu'à 1010 eV - et proviennent localement des éruptions solaires. Une autre classe plus énergique, jusqu'à 1015 eV, on pense qu'ils proviennent d'ailleurs dans la galaxie. Il est difficile de déterminer leur source exacte car les champs magnétiques de la galaxie et du système solaire modifient leurs trajectoires afin qu'ils finissent par avoir une distribution uniforme dans le ciel - comme s'ils venaient de partout.
Mais en réalité, ces rayons cosmiques galactiques proviennent probablement de supernovae - très probablement dans un processus de libération retardée alors que les particules rebondissent d'avant en arrière dans le champ magnétique persistant d'un reste de supernova, avant d'être catapultées dans la galaxie plus large.
Et puis il y a les rayons cosmiques extragalactiques, qui sont de la variété Oh-My-God, avec des niveaux d'énergie dépassant 1015 eV, dépassant même rarement 1020 eV - qui sont plus officiellement appelés rayons cosmiques à ultra-haute énergie. Ces particules se déplacent très près de la vitesse de la lumière et ont dû avoir un sacré coup de pied pour atteindre de telles vitesses.
Cependant, une aura de mystère peut-être trop exagérée a traditionnellement entouré l'origine des rayons cosmiques extragalactiques - comme en témoigne le titre Oh-My-God.
En réalité, il y a des limites à la distance à laquelle une particule à ultra-haute énergie peut provenir - car, si elles n'entrent pas en collision avec autre chose, elles finiront par se heurter à la limite de Greisen – Zatsepin – Kuzmin (GZK) . Cela représente la probabilité qu'une particule se déplaçant rapidement finisse par entrer en collision avec un photon de fond micro-ondes cosmique, perdant ainsi son énergie cinétique et sa vitesse. Il fonctionne que les rayons cosmiques extragalactiques conservant des énergies de plus de 1019 eV ne peut pas provenir d'une source située à plus de 163 millions d'années-lumière de la Terre - une distance connue sous le nom d'horizon GZK.
Des observations récentes de l'Observatoire Pierre Auger ont trouvé une forte corrélation entre les modèles de rayons cosmiques extragalactiques et la distribution des galaxies proches avec des noyaux galactiques actifs. Biermann et Souza ont maintenant mis au point un modèle basé sur des preuves pour l'origine des rayons cosmiques galactiques et extragalactiques - qui a un certain nombre de prédictions vérifiables.
Ils proposent que les rayons cosmiques extragalactiques tournent dans des disques d'accrétion de trous noirs supermassifs, qui sont la base des noyaux galactiques actifs. En outre, ils estiment que presque tous les rayons cosmiques extragalactiques qui atteignent la Terre proviennent de Centaurus A. Donc, pas de mystère énorme - en effet, une zone riche pour de nouvelles recherches. Des particules d'un disque d'accrétion de trous noirs supermassif actif dans une autre galaxie sont livrées à notre porte.
Lectures complémentaires: Biermann et Souza Sur une origine commune des rayons cosmiques galactiques et extragalactiques.
