Le CALorimetric Electron Telescope (CALET), à bord du Kibo’s Exposed Facility (EF) de la Station spatiale internationale, a pour mission de mesurer le flux de particules de rayons cosmiques depuis 2015. Dans une nouvelle étude, une équipe internationale de chercheurs rapporte la résultats d’une mesure directe du spectre d’hélium des rayons cosmiques à partir des données recueillies par CALET. Contrairement à la loi de puissance exclusive que l’on croyait auparavant, l’analyse des données de flux collectées entre 2015 et 2022 révèle que la distribution d’énergie des noyaux d’hélium des rayons cosmiques match une double loi de puissance brisée.
Une grande partie de notre compréhension de l’Univers et de ses phénomènes mystérieux est basée sur des interprétations théoriques. Afin d’approfondir la compréhension des objets lointains et des phénomènes énergétiques, les astronomes étudient les rayons cosmiques, qui sont des particules chargées de haute énergie composées de protons, d’électrons, de noyaux atomiques et d’autres particules subatomiques. De telles études ont révélé que les rayons cosmiques contiennent tous les éléments que nous connaissons dans le tableau périodique, suggérant que ces éléments proviennent d’étoiles et d’événements à haute énergie tels que les supernovae. De furthermore, en raison de leur nature chargée, la trajectoire des rayons cosmiques dans l’espace est influencée par les champs magnétiques des phénomènes et des objets interstellaires.
Des observations détaillées des rayons cosmiques peuvent donc non seulement éclairer les origines de ces particules, mais également décoder l’existence d’objets et de phénomènes à haute énergie tels que les restes de supernova, les pulsars et même la matière noire. Dans un exertion pour mieux observer les rayonnements à haute énergie, le Japon, l’Italie et les États-Unis ont créé en collaboration le télescope électronique calorimétrique (CALET) sur la Station spatiale internationale en 2015.
En 2018, les observations du spectre des protons des rayons cosmiques de 50 GeV à 10 TeV ont révélé que le flux de particules de protons aux hautes énergies était significativement moreover élevé que prévu. Ces résultats s’écartaient des modèles conventionnels d’accélération et de propagation des rayons cosmiques qui supposent une «distribution de loi de puissance unique», dans laquelle le nombre de particules diminue avec l’augmentation de l’énergie.
Par conséquent, dans une étude publiée en 2022, l’équipe CALET, comprenant des chercheurs de l’Université de Waseda, a trouvé des protons de rayons cosmiques dans la gamme d’énergie de 50 GeV à 60 TeV pour suivre une “loi de puissance à double rupture”. Cette loi suppose que le nombre de particules de haute énergie augmente initialement jusqu’à 10 TeV (appelé durcissement spectral) puis diminue avec une augmentation de l’énergie (appelé adoucissement spectral).
Poussant additionally loin ces observations, l’équipe a maintenant trouvé des tendances similaires de durcissement et d’adoucissement spectraux dans le spectre de l’hélium des rayons cosmiques capturé sur une significant gamme d’énergie, de 40 GeV à 250 TeV.
L’étude, publiée dans la revue Actual physical Review Letters le 27 avril 2023, a été dirigée par le professeur agrégé Kazuyoshi Kobayashi de l’Université Waseda, au Japon, avec des contributions du professeur émérite Shoji Torii, chercheur principal du projet CALET, également affilié à l’Université Waseda. et assistant de recherche Paolo Brogi de l’Université de Sienne en Italie.
« CALET a observé avec succès la construction spectrale énergétique de l’hélium des rayons cosmiques, en particulier le durcissement spectral à partir d’environ 1,3 TeV, et la tendance à l’adoucissement à partir d’environ 30 TeV », explique Kobayashi.
Ces observations sont basées sur des données recueillies par CALET à bord de la Station spatiale internationale (ISS) entre 2015 et 2022. Représentant la furthermore grande gamme d’énergie à ce jour pour les particules de noyaux d’hélium cosmiques, ces observations fournissent des preuves supplémentaires de la déviation du flux de particules par rapport à la puissance exceptional. -modèle de loi. Les chercheurs ont remarqué que l’écart par rapport à la loi de puissance attendue était à additionally de huit écarts-kinds de la moyenne, ce qui indique une très faible probabilité que cet écart se produise par hasard.
Notamment, le durcissement spectral initial observé dans ces données suggère qu’il peut y avoir des sources ou des mécanismes uniques qui sont responsables de l’accélération et de la propagation des noyaux d’hélium aux hautes énergies. La découverte de ces caractéristiques spectrales est également étayée par des observations récentes de l’explorateur de particules de matière noire et remet en problem notre compréhension actuelle de l’origine et de la nature des rayons cosmiques.
“Ces résultats contribueraient de manière significative à la compréhension de l’accélération des rayons cosmiques dans les restes de supernova et le mécanisme de propagation”, déclare Torii.
Ces découvertes améliorent sans aucun doute notre compréhension de l’Univers. Alors même que nous nous préparons pour des missions habitées vers la Lune et Mars, la distribution d’énergie des particules de rayons cosmiques peut également fournir des informations supplémentaires sur l’environnement de rayonnement dans l’espace et ses effets sur les astronautes.
