Le 1er août dernier, l’observatoire
gamma High Altitude Water Cherenkov
(HAWC) a débuté officiellement ses opérations. Cet observatoire pas comme les
autres a pour objectif d’étudier l’origine des rayons cosmiques ultra
énergétiques. Cet observatoire – on ne peut pas le désigner par
le nom « télescope » - utilise une technique de détection unique. Il
s’agit d’une série de grosses cuves remplies d’eau pure. Il est constitué pour
ses débuts de 100 cuves de 5 mètres de haut pour un diamètre de 7,3 mètres (soit
180 000 litres), mais devrait en comporter 300 au maximum sous peu.
Il est installé au Mexique, sur
les pentes d’un volcan, le Sierra Negra, à une altitude de 4100 m, dans l’état
du Puebla. Cet observatoire est exploité par des équipes mixtes mexicaines et
américaines avec une dominante mexicaine.
source :
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| le site de l'observatoire HAWC (HAWC observatory) |
Chaque cuve est équipée de quatre
photomultiplicateurs qui enregistrent le moindre photon de lumière apparaissant
dans le volume d’eau maintenu dans le plus grande obscurité. Cette lumière dite
lumière Cherenkov, trahit l’interaction de particules chargées très rapides
(plus rapides que ne l’est la lumière dans l’eau, soit 40% de moins que dans le
vide).
Les rayons cosmiques très énergétiques,
en frappant la haute atmosphère, produisent des particules secondaires elles
aussi très énergétiques et donc très rapides. HAWC les attrape au niveau du
sol, qui est déjà situé à plus de 4000 m altitude, pour en perdre le moins possible lors
de leur descente dans les profondeurs de l’atmosphère.
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| Gerbe de particules produite par un rayon cosmique énergétique |
HAWC peut ainsi être sensible à
des particules dont l’énergie se situe entre 100 GeV et 100 TeV. En 2009, HAWC
a été identifié comme le projet scientifique mexicain ayant le plus fort
impact dans le domaine de l’astrophysique des hautes énergies. Dès 2012, les 30
premières cuves furent installées et permirent de calibrer le système en
observant l’ombre de la Lune (qui bloque naturellement les rayons cosmiques qui
viennent d’au-delà).
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| Simulation d'un muon produisant de la lumière Cherenkov |
Les rayons cosmiques et gamma de
très haute énergie que HAWC va traquer, grâce à son champ de vision énorme de
15° qui lui permet de voir la moitié du ciel boréal en 24 heures , viennent
principalement des phénomènes les plus violents de l’Univers : collisions
d’étoiles à neutrons, explosions de supernovae, trous noirs supermassifs, …
Grâce à la combinaison subtile
des signaux Cherenkov des différents sous-éléments de l’ensemble, les
astroparticulistes parviennent à déterminer à la fois le temps d’arrivée, l’énergie
incidente et la direction d’origine du rayon gamma ou du rayon cosmique initial
ayant produit la gerbe de particules secondaires.
Jusqu’à présent, les systèmes
détectant les gerbes par la lumière Cherenkov étaient constitués de grands
miroirs regardant la lumière Cherenkov produite directement dans l’air, comme
par exemple le télescope HESS installé en Namibie dont nous avons déjà parlé.
Le gros avantage d’utiliser de l’eau en altitude est de pouvoir obtenir une
bien meilleure précision sur la direction d’origine du rayon cosmique, ce qui se
révèle fondamental pour tenter de comprendre ce qu’on détecte…
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