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Recherche d’anisotropies à grande échelle angulaire dans le rayonnement cosmique avec l’Observatoire Pierre Auger

par Vera De-Sa-Varanda - 8 mars 2011

La collaboration Pierre Auger a récemment publié les résultats d’une analyse de la distribution angulaire des rayons cosmiques d’énergie comprise entre 3.10¹⁷ et 2.10¹⁹ eV.
Cette gamme d’énergie est particulièrement intéressante, car elle englobe la région de transition entre les rayons cosmiques d’origine galactique et extra-galactiques. Le changement de la pente du spectre d’énergie (la « cheville ») qui est observé autour de 4.10¹⁸ eV pourrait être la signature de cette transition. Si les rayons cosmiques en-dessous de la cheville sont d’origine galactique, leur échappement progressif de la galaxie devrait produire en première approximation une anisotropie dipolaire dont l’amplitude varie avec l’énergie. La prédiction de cette anisotropie est difficile du fait de notre manque de connaissance précise de la distribution des sources, de la charge des particules et des champs magnétiques galactiques qu’elles rencontrent jusqu’à la Terre. Néanmoins, la mesure de l’anisotropie de la distribution angulaire en fonction de l’énergie est une observable très importante pour comprendre la nature et l’origine du rayonnement cosmique.

La mesure de l’anisotropie publiée par la collaboration Pierre Auger utilise les données accumulées entre janvier 2004 et décembre 2009 par le réseau de surface de l’Observatoire, totalisant une acceptance de 16.323 km² sr an. Afin de pouvoir mesurer une anisotropie de l’ordre du pour cent, la variation de l’acceptance du détecteur en fonction du temps (effets météorologiques et variation du nombre de détecteurs actifs) est maitrisée avec le même niveau de précision.
Deux méthodes différentes sont appliquées pour estimer l’amplitude et la phase (direction) de la première harmonique de la distribution en ascension droite des événements pour différentes énergies. Aucune amplitude n’est statistiquement significative, ce qui permet de placer des limites supérieures contraignantes pour les modèles théoriques (cf. figure 1). Ce résultat est par ailleurs incompatible avec la mesure publiée par la collaboration AGASA qui affirmait mesurer une amplitude de 4% en direction du centre galactique.


Figure 1

Même si les amplitudes mesurées ne sont pas significatives, l’évolution de la phase avec l’énergie (figure 2) semble cohérente et montre une transition entre une direction proche du centre galactique (RA=268°) à basse énergie vers une autre direction (RA=100°).


Figure 2

L’accumulation d’environ deux fois plus de nouvelles données indépendantes permettra de confirmer l’existence de cette transition.

Liens :
Site de l’Observatoire Pierre Auger

Article :Search for First Harmonic Modulation in the Right Ascension Distribution of Cosmic Rays Detected at the Pierre Auger Observatory
The Pierre Auger Collaboration, Astropart. Phys. 34 (2011), 627-639

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