NASA/Fermi LAT Collaboration et CEA/AIM. Cocon du Cygne X On connaît mal les sites de production et la propagation des rayons cosmiques galactiques, car ils diffusent aléatoirement dans les champs magnétiques. Les données du satellite Fermi indiquent que le flux de noyaux cosmiques est homogène sur un millier d’années-lumière autour du Soleil. Au-delà, le flux diminue globalement du centre au bord de la Galaxie, mais trop peu compte tenu de la répartition des sites potentiels de production. Il se peut qu’on sous-estime les quantités de gaz à la périphérie de notre galaxie, ou encore que les propriétés de diffusion des particules varient suivant l’environnement stellaire. Fermi a en effet révélé l’existence d’un « cocon » de rayons cosmiques très énergétiques, piégés dans les cavités creusées et ionisées par des amas de centaines d’étoiles massives dans la région de la constellation du Cygne (fig. 2). Cette découverte nous interpelle sur l’état des particules émergeant des grands sites de formation d’étoiles  : y sont-elles ralenties par de lourdes pertes radiatives ou bien ré-accélérées par les ondes de choc des vents des étoiles massives ? Fermi nous alerte donc sur la complexité de l’évolution des rayons cosmiques dans une galaxie, au-delà du fait que leur abondance semble suivre le taux de formation stellaire. Le gaz d’une galaxie est structuré en nuages d’atomes ou de molécules d’hydrogène, plus ou moins froids et denses, et imbriqués différemment selon les conditions locales de pression, chauffage, refroidissement, Bulle de Fermi Bulle de Fermi Cen A ionisation, et photodissociation de H 2. Parce qu’elle résulte d’interactions nucléaires, l’émission g fournit une mesure de la quantité totale de gaz traversé par les rayons cosmiques, quel que soit son état chimique et thermodynamique. Elle permet donc d’étalonner d’autres traceurs de gaz communément utilisés, comme les observations radio des atomes H et des molécules CO (les molécules H 2 froides étant invisibles), ou encore le rayonnement thermique des poussières interstellaires mélangées au gaz. Les données g ont ainsi démontré que l’efficacité de rayonnement des poussières varie fortement d’un type de nuage à l’autre. On a aussi trouvé de grandes quantités de gaz « sombre », qui échappent aux observations radio et qui pourraient doubler les réserves de gaz H 2 de notre galaxie. Ces résultats ont d’ailleurs une portée plus large, car ils permettent de mieux estimer les réserves de gaz des galaxies en général. Fermi a aussi révélé l’existence de deux grandes « Bulles de Fermi » (fig. 2), remplies de particules de 10 11 à 10 12 eV, qui Pulsar Vela Grand nuage de Magellan Nébuleuse d’Orion Images de la physique Reste de supernova IC 443 Pulsar du Crabe 2. Carte du ciel en rayons gamma en coordonnées galactiques, obtenue par Fermi. Le code couleur (du bleu sombre au blanc) correspond à l’intensité du rayonnement. En plus des sources ponctuelles, l’essentiel du signal provient de la Voie lactée (horizontale) à cause de l’irradiation du gaz interstellaire par les rayons cosmiques. Mécanismes de rayonnement des particules accélérées s’élèvent hors du disque de la Galaxie, sur 30 000 années-lumière de chaque côté (a). Il est probable que leur origine se situe au centre de la Galaxie, mais ceci reste à prouver. On ignore si elles proviennent d’anciennes éruptions ou jets du trou noir central et/ou si elles font partie du vent galactique  : la surproduction d’étoiles et de rayons cosmiques dans les régions centrales fournit en effet assez de pression pour souffler un vent de gaz et de rayons cosmiques hors de la Galaxie. L’observation d’un excès de rayons g sur quelques degrés autour du centre galactique a suscité de nombreuses interprétations en termes d’annihilation de particules de matière noire qui s’accumuleraient au centre de la Galaxie. Mais il est très difficile d’isoler cet excès de toute l’activité des régions centrales, de la base des Bulles de Fermi, et de la population de vieux pulsars qui se sont amoncelés là-bas au cours de l’histoire de notre galaxie. Par contre, ces mesures contraignent la section efficace d’annihilation d’éventuelles particules de matière noire. Hadronique  : noyau relativiste + noyau de gaz fragments de collision nucléaire, dont des pions neutres qui se désintègrent en deux photons γ. Freinage  : électron relativiste dans le champ électrique d’un noyau de gaz. Compton inverse  : électron relativiste + photon (visible, infrarouge) électron + γ. Synchrotron  : électron relativiste dans un champ magnétique. N Reflets de la Physique n°58 5