Nous fêtons le centenaire de la découverte des rayons cosmiques, terme impropre car il s’agit de particules de haute énergie qui bombardent sans cesse la Terre, et non de rayons lumineux.

En montant en ballon le 7 août 1912, le physicien autrichien Victor Hess a fait une découverte inattendue. Il avait embarqué un électroscope et mesuré l’ionisation de l’air, c’est-à-dire la présence de charges électriques. A l’époque, on imaginait que ce phénomène était dû à la radioactivité naturelle des roches, découverte quelques années auparavant. Victor Hess eu la surprise de constater que le taux d’ionisation croissait avec l’altitude. La cause ne venait pas du sol ou de l’atmosphère, mais du ciel!

Les rayons cosmiques sont constitués pour l’essentiel de protons se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière. Les plus énergétiques ont autant d’énergie qu’une balle de tennis à 150 km/h, alors qu’ils sont dix mille milliards de fois plus petits.

Utilisés pour explorer le monde subatomique, ils ont permis la découverte de nouvelles particules comme les positrons, muons, pions et kaons. Certaines particules ont des énergies des millions de fois supérieures à ce que l’homme peut produire dans les accélérateurs les plus puissants comme le LHC à Genève.

Quand des protons atteignent la Terre à grande vitesse, ils entrent violemment en collision avec des molécules de l’atmosphère terrestre, il en résulte une cascade de particules moins agressives qui atteignent le sol. L’atmosphère nous protège!

La Terre baigne dans un brouillard dense de rayons cosmiques, dont la présence est un réel danger pour les cosmonautes. Ils peuvent provoquer des mutations ou des cancers et endommager l’équipement électronique des satellites. On étudie actuellement leur rôle dans la formation des nuages et dans le fonctionnement du climat terrestre.

Nous disposons heureusement de trois «parapluies» pour nous protéger, celui de l’atmosphère et ceux des champs magnétiques de la Terre et du Soleil. Mais bien avant d’atteindre la Terre, ces particules chargées sont déviées par tous les champs magnétiques rencontrés au sein de la Galaxie et au-delà, pour celles qui viennent de plus loin. Elles zigzaguent dans tous les sens avant d’arriver chez nous, ce qui nous empêche de voir d’où elles viennent.

Les phénomènes capables d’accélérer ces particules sont par conséquent toujours inconnus. Un siècle après leur découverte, leur origine demeure mystérieuse!

Une découverte, obtenue grâce au satellite Fermi d’observation du ciel en rayons gamma, vient cependant d’être annoncée à Paris et à Padoue. Les accélérateurs des rayons cosmiques se cachent au cœur de superbulles de plusieurs dizaines d’années-lumière de large, creusées par des étoiles massives dans les nuages qui leur ont donné naissance.

Dans ces bulles ou cocons, gaz et champ magnétique sont brassés de telle manière que les rayons cosmiques, juste formés, restent piégés, avant de s’échapper vers des régions plus calmes. Ces cocons agissent comme des sas entre les sources et le milieu extérieur.

Les régions où naissent et meurent les étoiles massives semblent les meilleurs endroits pour donner naissance à ces particules si déconcertantes.

* Astrophysicien, professeur à l’Université Paris Diderot