Les rayons cosmiques galactiques, dont nous subissons le bombardement continu, sont des particules chargées de très haute énergie constituées essentiellement de protons, d'un peu de noyaux d'hélium, et d'une faible proportion de noyaux plus lourds (carbone, azote, etc.) et d'électrons (2 %).

Si leur origine fait encore débat, plus de cent ans après leur découverte, les vestiges de supernovae apparaissent comme des sources potentielles d'accélération des rayons cosmiques,   le nombre de nouvelles supernovae par siècle et leur énergie permettant, en effet, d'entretenir la population de rayons cosmiques galactiques. Mais quels sont les mécanismes d'accélération à l'œuvre dans ces objets célestes ?

Lors de l'explosion d'une étoile en fin de vie, sa matière (ejecta) est éjectée dans l'espace, à des dizaines de milliers de kilomètres par seconde. L'interaction entre ces ejecta à grande vitesse et le milieu ambiant produit une double structure de chocs, qui comprime la matière balayée et lui cède une partie de son énergie cinétique en la chauffant à des dizaines de millions de degrés. Une fraction non négligeable de cette énergie peut-elle contribuer à l'accélération jusqu'à des vitesses relativistes des particules du milieu interstellaire ?

Pour le savoir, des chercheurs, parmi lesquels une astrophysicienne de l'Irfu, ont choisi d'étudier le vestige d'une supernova qui a explosé en l'an 1006 (SN1006). Plus de mille ans après l'explosion initiale, les éjectas de SN1006 voyagent à des milliers de kilomètres par seconde, à quelques années-lumière du centre de l'étoile défunte.

Les scientifiques étudient la matière comprimée et chauffée des éjectas et du gaz interstellaire grâce à la spectroscopie en rayons X spatialement résolue qui équipe les observatoires spatiaux Chandra et XMM-Newton. Ils peuvent en particulier déterminer les taux de compression de la matière interstellaire sous l'effet du choc.

Leurs résultats mettent en évidence des taux de compression plus élevés qu'attendu (6-7 au lieu de 4), qui prouvent qu'une fraction significative de l'énergie cinétique cédée au milieu interstellaire n'est pas convertie en chaleur mais sert à accélérer des particules (à hauteur de 15 à 20 %). De plus, ils montrent que l'efficacité d'accélération dépend de l'orientation du champ magnétique ambiant et est maximale là où la vitesse du choc est parallèle au champ magnétique. Le profil azimutal du rapport de compression au choc est cohérent avec les prédictions théoriques du modèle d'accélération à l'état de l'art, et révèle que :

• 12 % de l'énergie est prélevée pour accélérer de nouvelles particules,
• 6 % pour ré-accélérer à plus haute énergie des rayons cosmiques existants,
• 5 % pour amplifier le champ magnétique au choc.

Dans une prochaine étape, les chercheurs scruteront d'autres vestiges de supernova à la recherche de modifications des propriétés du choc dues à l'accélération de particules.