Mise à jour le 10 Mars 2014
 
CONFÉRENCE
«LE MYSTÈRE DES RAYONS COSMIQUES
DE ULTRA HAUTE ÉNERGIE»
Par Kumiko KOTERA Astrophysicienne IAP.
Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
 
Le Mardi 4 Mars 2014 à 19H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos
Vidéo de la conférence par Canal U (ce n’est plus le CERIMES) disponible sur leur site quelques jours après (Canal U  propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) :    
voir :  http://www.canal-u.tv/auteurs/institut_d_astrophysique_de_paris_iap/videos#element_2
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
 
 
 
 
Kumiko Kotera, une jeune astrophysicienne d’origine Japonaise, a passé sa thèse (sur les rayons cosmiques de haute énergie sous la direction de Martin Lemoine) à l’IAP en 2006-2009, puis obtient un post doc à l’Université de Chicago et ensuite au Caltech.
 
Elle choisit de rentrer en France à l’IAP en 2011 où elle travaille avec l'équipe "Gravitation & Cosmologie" et celle des hautes énergies, avec R Mochkovitch.
 
 
Vous avez donc tous compris que sa spécialité sont les cosmiques haute énergie dont elle va nous entretenir ce soir.
 
 
 
 
 
 
 
 
Les rayons cosmiques (RC) sont des particules chargées (principalement des photons) et très énergétiques.
On en reçoit approximativement 1kg par an soit approx. 1027 particules par an.
 
On se rappelle que c’est à Victor Hess que l’on doit la découverte des rayons cosmiques au début du XXème siècle avec sa fameuse expérience de détection à partir d’un ballon. Le flux de particules était beaucoup plus important en altitude qu’au sol.
 
 
Les RC sont intéressants car ce sont des messagers de l’Univers qui n’est pas de la lumière !
 
 
 
Voici l’illustration du flux des cosmiques arrivant sur Terre.
La difficulté de détecter les particules
de très haute énergie
 
Il y a 30 ordres de grandeur entre les flux extrêmes !
 
Il y a 10 ordres de grandeur entre les énergies extrêmes !
 
Rappelons que 1020 eV c’est approx. 10 Joules.
 
Une remarque : les rayons cosmiques étant des particules chargées, ils sont soumis aux divers champs magnétiques qu’ils croisent sur leur passage, donc il est pour ainsi dire impossible de connaître leur source.
 
Les cosmiques les moins énergétiques (et les plus nombreux) proviennent du Soleil, après on trouve une provenance des supernovae, par contre les plus énergétiques (et les moins nombreux) sont d’origine mystérieuse.
Ces particules très énergétiques le sont par exemple quelques millions de fois plus que celles accélérées dans le LHC.
 
 
Ces particules très énergétiques sont peu nombreuses :
1 particule/ km2 : siècle approximativement !    d’où la difficulté de détection.
 
 
COMMENT LES DÉTECTE T ON ? OBSERVATOIRE AUGER.
 
L’observatoire Pierre Auger comprend une multitude de détecteurs dans la Pampa Argentine.
18 pays et 91 institutions y ont participé.
Il détecte les gerbes atmosphériques grâce à un réseau de 1 600 détecteurs de particules, espacés de 1,5 kilomètre, qui s'étendent sur une surface de 3 000 kilomètres carrés.
En plus, 24 télescopes observent la lumière fluorescente produite par la gerbe lors de son passage dans l'atmosphère.
 
 
On remarque sur le spectre en énergie des mesures effectuées par cet observatoire, deux coupures :
 
Le genou et La cheville
 
Ces zones de coupure correspondent à une perte d’énergie.
 
 
C’est la coupure que l’on appelle GZK.
 
 
 
 
 
 
 
 
Les RC de très haute énergie ne peuvent pas venir de très loin, en effet si ils venaient de très loin, il y a longtemps qu’ils auraient interagi et auraient été déviés, absorbés, etc.. et donc auraient perdu de l’énergie.
Donc on pense que les RC les plus énergétiques viennent d’une zone située à approx. 200Mpc, dans des super amas.
 
 
Mais quelles sont les sources de cet horizon GZK ? mystère là aussi.
 
On a quelques idées qui sont matérialisées sur cette diapo ci-contre.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LE FUTUR.
 
 
Un projet à long terme est en cours d’élaboration : le projet JEM-EUSO.
 
C’est l’acronyme de : Japonese Experiment Module (sur l’ISS) Extreme Universe Space Observatory.
 
Dans cette expérience, de grands volumes d’atmosphère seraient utilisée comme détecteur à partir de l’ISS.
 
 
 
 
 
 
 
Dans le futur l’idéal serait de pouvoir remonter jusqu’à la source des cosmiques, ce serait possible si on traquait les particules secondaires (neutrinos photons) qui ne sont pas sensibles au champ magnétique.
Les observatoires terrestre (Hess en Namibie) et spatial (Fermi) le permettent, aussi ICECUBE en Antarctique.
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
 
La thèse de K Kotera.
   
Des particules qui nous pleuvent dessus par K Kotera.

 

Quand les particules tombent du ciel, les rayons cosmiques par C Roucelle IN2P3 IN2P3 le 14 Octobre 2005 LPNHE
 
Rayons Cosmiques : un siècle d’énigmes : CR conf E Parizot RCE2012 du 2 nov 2012
 
Enquête sur l’origine des rayons cosmiques : CR de la conf. de H Reeves aux RCE 2010 le 12 nov 2010
 
Nature des Rayons Cosmiques d’Ultra Haute Energie (UHERC) par G Maurin.
 
Les rayons cosmiques, cours de M Froissart.
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous !
 
Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.
www.planetastronomy.com
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