cosmiques, rayons - astronomie.

cosmiques, rayons - astronomie. 1 PRÉSENTATION cosmiques, rayons, particules subatomiques de haute énergie, en mouvement dans l'espace. Après avoir expliqué la conductivité électrique de l'atmosphère terrestre par l'ionisation provoquée par un rayonnement énergétique, les physiciens découvrent les rayons cosmiques. En 1912, le physicien austro-américain Victor Franz Hess montre que l'ionisation atmosphérique augmente avec l'altitude ; il en conclut que le rayonnement doit provenir de l'espace. Les particules composant le rayonnement sont chargées électriquement et sont déviées par le champ magnétique terrestre. 2 PROPRIÉTÉS Les trois caractéristiques fondamentales d'une particule de rayon cosmique sont : sa charge électrique, sa masse au repos et son énergie. Cette dernière dépend de la masse au repos et de la vitesse de la particule. Chaque méthode de détection des rayons cosmiques fournit une information sur une combinaison particulière de ces caractéristiques. Par exemple, la trace laissée par un rayon cosmique dans une émulsion photographique dépend de la charge électrique et de la vitesse des particules ; un spectromètre à ionisation permet de déterminer l'énergie de ces dernières. Environ 87 p. 100 des rayons cosmiques sont des protons et environ 13 p. 100 sont des particules alpha (voir radioactivité). Des éléments plus lourds constituent aussi les rayons cosmiques, mais dans des proportions beaucoup plus faibles. Les éléments peuvent être divisés en trois catégories : les éléments légers (lithium, béryllium et bore), de masse atomique moyenne (carbone, azote, oxygène et fluor), et les éléments lourds (le reste). Les éléments légers constituent 0,25 p. 100 des rayons cosmiques. Ils sont très probablement issus de la fragmentation de particules cosmiques plus lourdes, ce qui explique leur abondance dans les rayons cosmiques par rapport à leur faible quantité dans l'Univers. Les énergies des particules du rayonnement cosmique sont mesurées en gigaélectronvolts (milliards d'électronvolts, notés GeV) par proton ou neutron dans le noyau. La distribution des énergies du proton dans les rayons cosmiques atteint un niveau maximal de 0,3 GeV. Cela correspond à une vitesse égale aux deux tiers de la vitesse de la lumière. Des particules avec une énergie totale allant jusqu'à 1011 GeV ont été détectées indirectement, grâce à l'observation des pluies de particules secondaires issues de leurs collisions avec les noyaux de l'atmosphère. Même un champ magnétique extrêmement faible dévie les rayons cosmiques de leur parcours rectiligne. Ainsi, un champ de 3.10-6 gauss (qu'on estime être présent partout dans l'espace interstellaire) est suffisant pour forcer un proton de 1 GeV à tournoyer dans un rayon de 10-6 années-lumière (soit 107 km). Une particule de 1011 GeV évolue donc dans un rayon de 105 années-lumière, qui correspond à peu près à la taille de la galaxie. Ainsi, le champ magnétique interstellaire empêche les rayons cosmiques d'atteindre la Terre directement à partir de leurs points d'origine. Même aux plus hauts niveaux d'énergie, les directions d'arrivée des rayons sont réparties de façon isotrope. Dans les années 1950, une émission radio provenant de la Voie lactée fut découverte et interprétée comme un rayonnement synchrotron venant des électrons énergétiques évoluant dans les champs magnétiques interstellaires. 3 SOURCE La source des rayons cosmiques est incertaine. Lorsqu'il est très lumineux, le Soleil émet des rayons cosmiques de faible énergie, mais ce phénomène est beaucoup trop rare pour être la source de la majeure partie des rayons cosmiques. Si les autres étoiles sont comme le Soleil, il n'y a pas d'autre source adéquate. En revanche, les explosions de supernovae sont responsables de l'accélération initiale d'une fraction significative des rayons cosmiques. De même, les restes de telles explosions sont de puissantes sources radio, impliquant la présence d'électrons énergétiques. De telles observations et la fréquence connue des explosions de supernovae (environ tous les trente ans) semblent indiquer que ces explosions sont une source adéquate de particules cosmiques. Si c'est bien le cas, il est alors compréhensible que les rayons cosmiques soient enrichis en éléments lourds. En effet, on estime que les supernovae sont les sites dans lesquels les noyaux d'éléments lourds sont formés. On pense aussi qu'une accélération supplémentaire résulte des ondes de choc se propageant dans l'espace interstellaire. Il n'y a cependant pas encore de preuve irréfutable de la contribution significative des supernovae aux rayons cosmiques. Les études radioastronomiques d'autres galaxies montrent que celles-ci contiennent aussi des électrons énergétiques. Les noyaux de certaines galaxies sont beaucoup plus lumineux que la Voie lactée dans la région des ondes radio, indiquant que des sources de particules énergétiques y sont situées. Le mécanisme physique produisant ces particules n'est cependant pas connu. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.