E4 : Des MeV aux TeV. Extraire le spectre des rayons cosmiques à leurs sources sur 6 ordres de grandeur d’énergie

L’objectif de ce projet de recherche est de reconstruire à partir des des données existantes le spectre des rayons cosmiques à leur site de production sur plus de six ordres de grandeur en énergie: du MeV jusqu’au-delà du TeV. Cette tâche est aujourd’hui possible grâce à la grande qualité des observations disponibles des restes de supernova dans le domaine millimétrique et gamma. Il s’agit d’un pas très important vers la solution de l’origine des rayons cosmiques Galactiques.

Des observations récentes en infrarouge proche et en millimétrique ont permis la mesure du taux d’ionisation des rayons cosmiques (RC) dans plusieurs nuages moléculaires situé à proximité d’un reste de supernova (RSN). Dans tous les cas considérés, l’onde de choc du RSN est en interaction avec le nuage moléculaire. Les taux d’ionisations mesurés ainsi sont très supérieurs (jusqu’à 100 fois plus) à ceux trouvés dans des nuages isolés (Ceccarelli et al. 2011; Vaupre et al. 2014). Cette différence considérable est interprétée comme étant le signe d’une intensité accrue de RC au MeV dans les nuages en interaction. De plus, ces même nuages ont également été détectés en rayons gamma (par ex. Rieger et al. 2013). Ceci implique également une intensité accrue de RC mais cette fois à bien plus haute énergie: jusqu’à 10-100 TeV. Ces deux faits corroborent la conjecture que les restes de supernova sont les sources des rayons cosmiques, conjecture encore partiellement démontrée aujourd’hui.

L’objectif de ce projet est de combiner les deux observables sus-citées en les complétant par plusieurs études théoriques pour obtenir des informations sur une très large gamme d’énergie du spectre des RC dans ce qui semble être leur site d’accélération. Ces contraintes sans précédent nous éclaireront sur les processus d’injection, d’accélération et d’échappement des RC, offrant ainsi une approche novatrice et peut-être une solution à la question de l’origine des RC. Il est également remarquable que l’impact de ce projet va bien au-delà de la physique des RC. L’ionisation induite par les RC joue en effet un rôle fondamental dans le couplage entre le champ magnétique et le gaz dans un nuage moléculaire. Ce couplage est à son tour responsable du niveau de pression magnétique s’opposant à l’effondrement gravitationnel du nuage. Les résultats de ce projet seront donc  de première importance également pour les études portant sur la formation des étoiles et des planètes.