Dans le spectre en énergie des rayons cosmiques mesuré sur Terre, il y a ce que les spécialistes appellent un « genou » : une cassure autour de 3 PeV qui est généralement interprété comme la limite de l’accélération des protons par les sources galactiques ordinaires, tandis que les accélérateurs extra‑galactiques dominent seulement au‑delà d'une autre cassure appelée la « cheville ». L’existence de sources galactiques capables d’atteindre des énergies bien supérieures au PeV reste donc une question ouverte. La détection de photons gamma de l'ordre du PeV, produits par des électrons de plusieurs PeV ou par des protons de quelques dizaines de PeV, constitue un indicateur direct de telles capacités d’accélération extrêmes.
La nébuleuse du Crabe, révélée comme émetteur gamma jusqu’à 1,1 PeV par LHAASO, a démontré que les nébuleuses de vent de pulsar peuvent fonctionner comme des accélérateurs de particules exceptionnellement efficaces. Mais malgré une efficacité d’accélération déjà proche des limites théoriques, la luminosité du Crabe demeure insuffisante à elle seule pour expliquer le flux des rayons cosmiques au‑delà du genou.
En effet, la perte d'énergie des électrons due au rayonnement synchrotron impose une limite supérieure à l'énergie maximale des électrons, qui dépend de la racine carrée de l'efficacité et varie comme l'inverse de la racine carrée du champ magnétique. Pour surmonter le champ magnétique intense de 100 μG dans la nébuleuse du Crabe, l'efficacité d'accélération doit y atteindre au moins 16 % de la limite théorique pour expliquer les observations. Quel que soit le mécanisme spécifique d'accélération des particules, avec une telle efficacité d'accélération, les protons peuvent être accélérés jusqu'à l'échelle de 10 PeV sans subir de perte radiative comme les électrons, à condition qu'ils soient introduits dans la zone d'accélération de particules. Mais même si la nébuleuse du Crabe fonctionne comme un accélérateur de protons extrêmement efficace, sa luminosité en protons d'énergie de l'ordre du PeV qui est déduite n'est pas suffisante pour expliquer le flux de rayons cosmiques mesuré au-delà de la cheville. De plus, son pulsar central présente des propriétés extrêmes difficilement généralisables : il a moins de 1 000 ans et possède la puissance de décélération la plus élevée de tous les pulsars détectés dans notre galaxie (4,5×10³⁸ erg.s-1).
La question de savoir si d’autres nébuleuses de vent de pulsar, moins énergétiques, pouvaient également produire des particules au‑delà du PeV était ainsi devenue plus que pertinente. C'est à quoi se sont attelés les astrophysiciens des particules de la collaboration LHAASO.
Les astroparticulistes montrent que le spectre gamma mesuré s'étend jusqu'au PeV selon une distribution en loi de puissance, la luminosité étant quelques fois supérieure à celle de la nébuleuse du Crabe. Les observations combinées en rayons X contraignent le champ magnétique moyen au sein de la nébuleuse à environ 3μG (donc bien inférieur à celui du Crabe), mais elles révèlent une efficacité d'accélération des particules extrême, proche voire supérieure à l'unité.
Ce résultat remet en question la théorie de l'accélération des particules dans les nébuleuses de vent de pulsar et implique des conditions magnétohydrodynamiques non idéales au sein de l'accélérateur. Elles pourraient notamment impliquer une reconnexion magnétique en amont de l'onde de choc terminale.
L’émission d’un photon gamma de 2 PeV via la diffusion Compton inverse impose que les électrons soient au préalable accélérés à des énergies au moins comparables. Cette exigence place des contraintes sévères sur l’efficacité d’accélération : elle doit simultanément surmonter les pertes radiatives de type synchrotron et les limites imposées par la puissance de ralentissement du pulsar (son champ magnétique).
Selon les chercheurs, si l’accélération se produit au niveau du choc de terminaison, les observations suggèrent un coefficient d’équipartition magnétique très faible, ce qui impliquerait une efficacité d’accélération nettement supérieure à celle attendue dans le cadre de la MHD idéale. Une telle condition est difficilement compatible avec les mécanismes d’accélération de type Fermi du premier ordre, mais selon les chercheurs, elle pourrait s’expliquer par des processus non idéaux, tels que la reconnexion magnétique dans un vent de pulsar strié.
Des scénarios alternatifs sont aussi évoqués, plaçant la zone d’accélération en amont ou en aval du choc de terminaison. Ils permettent de relaxer partiellement les contraintes, mais exigent toujours des efficacités exceptionnellement élevées.
Ces résultats mettent donc en évidence une tension significative entre les observations de LHAASO et les modèles théoriques actuels des nébuleuses de vent de pulsar. L’obtention d’efficacités d’accélération de l’ordre de l’unité, voire supérieures, est un défi majeur, même dans les cadres de MHD non idéale.
La nébuleuse de vent de pulsar associée à PSR J1849‑0001 constitue ainsi un nouvel exemple de source galactique capable d’accélérer des électrons jusqu’aux énergies du PeV. Cette découverte suggère que des conditions d’accélération extrêmes pourraient être relativement communes dans les jeunes nébuleuses de vent de pulsar, et qu’elles pourraient contribuer de manière non négligeable à la population galactique d’accélérateurs de rayons cosmiques de type PeVatrons, sous réserve d’un chargement efficace en protons.
La quête d'accélérateurs cosmiques se poursuit...
Source
An extreme particle accelerator powered by pulsar PSR J1849−0001
The LHAASO Collaboration
Nature Astronomy (13 avril 2026)
https://doi.org/10.1038/s41550-026-02839-0
Illustrations
1. PSR J1849 détecté pat LHAASO dans plusieurs bandes énergétiques (LHAASO collaboration)
2. Vue aérienne de l'observatoire LHAASO et ses centaines de détecteurs de gerbes de particules induites par les photons gamma de haute énergie (LHAASO collaboration)
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