Flash de rayons gamma terrestres

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Simulation numérique en 3-D d'un flash de rayon gamma.
Les points rouges représentent des flashs de rayons gamma capturés quotidiennement en 2010 par le télescope spatial Fermi.

Les flashs de rayons gamma terrestres (TGF, de l'anglais Terrestrial Gamma-ray Flash) réfèrent aux émissions de rayons gamma par l'atmosphère terrestre. Observés pour la première fois en 1991 à l'Observatoire de rayons gamma Compton, les TGF durent en moyenne 0,2 à 3,5 millisecondes, et ont une énergie allant jusqu'à 20 mégaélectron-volt (MeV).

Des chercheurs ont déterminé qu'environ 50 TGF se produisent quotidiennement[1]. Ils ont également détecté dans ces émissions des positrons de haute énergie ainsi que des électrons.

Les flashs de rayons gamma terrestres sont probablement causés par une émission Bremsstrahlung produit par une avalanche d'électrons runaways relativites accélérés par des champs électriques intenses produits au-dessus ou à l'intérieur de certains orages[2].

Observations[modifier | modifier le code]

Les flash de rayons gamma terrestres ont été observés pour la première fois en 1991 par le détecteur d'impulsions gamma de faible énergie BATSE, à l'Observatoire de rayons gamma Compton. Pendant 2 ans, les scientifiques n'ont pu observer qu'une douzaine de flashs, pour un total de 74 phénomènes observés pendant les neuf ans d'existence du satellite[3], ne sachant pas vraiment ce qu'était ce phénomène et où il se produisait. Ces phénomènes n'avaient pas encore été observés principalement pour deux raisons : les outils et les détecteurs utilisés en astronomie gamma de haute énergie utilisaient un collimateur et personne n'avait pensé à viser un orage électrique avec ces instruments et la résolution temporelle des satellites de l'époque ne permettaient pas de détecter les TGF, qui se produisent extrêmement rapidement[4].

Par la suite, le Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RRHESSI), plus performant, a permis d'observer les dégagements de rayons gamma dans un spectre de 10 à 20 MeV. Le RRHESSI a ainsi observé 499 flashs en 3 ans d'observations[3],[1]

De plus, dans une autre étude, des chercheurs ont déterminé que, dans 50% des cas analysés, le satellite RHESSI a reçu l'émission électrique des TGF entre 0 et 1 milliseconde après que celui-ci s'est produit, ce qui peut amener une idée sur la vitesse à laquelle ces particules se dispersent[5].

Principe physique[modifier | modifier le code]

Schéma présentant le fonctionnement d'un flash de rayon gamma.

La production des flashs de rayons gamma terrestres est encore mal comprise. Les flashs seraient émis lorsque des électrons, voyageant à des vitesses proches de celle de la lumière, entrent en collision avec les noyaux des atomes de l’air. L’énergie résultante est alors émise sous forme de rayons gamma par rayonnement continu de freinage (ou Bremsstrahlung).

Une quantité importante d’électrons en mouvement peut être formée par l’effet avalanche causé par un champ électrique intense. Les champs électriques sont fort probablement engendrés par la foudre puisque la plupart des TGF enregistrés se sont produits dans les quelques millièmes de secondes suivant cette dernière[6]. Au-delà de ce principe rudimentaire, les détails du phénomène sont plus flous et demeurent de l'ordre de l'hypothèse.

L’une d’entre-elles postule que les TGF peuvent être provoqués par d'autres types de foudre ou de décharges électriques qui se produisent dans l’atmosphère terrestre, tels les farfadets, les elfes et les jets[7]. Ceux-ci ont été découverts l’année précédant la découverte des TGF et on leur associe certaines observations en relation à ces derniers.

Ainsi, on suppose que le champ électrique pourrait être induit par la séparation de charges dans un nuage d'orage, souvent en lien avec les farfadets[8]. Il pourrait également être induit par l'impulsion électromagnétique d'une décharge de foudre, ce qui est associé aux elfes. D’autre part, il y a des TGF en absence de foudre bien qu'ils se produisent toujours dans l'espace les entourant. Ce phénomène a amené une comparaison aux jets bleus car ils ne semblent pas être directement en lien avec l'activité des éclairs non plus.

Rayons gamma et antimatière[modifier | modifier le code]

Alors qu'auparavant on croyait que les orages ne dégageaient que des rayons gamma et des électrons, des chercheurs de la NASA ont découvert que de l'antimatière est dégagée par les orages électriques[9]. En effet, en 2011, une émission gamma d'une intensité de 511 keV provenant d'un orage a été observé par le Fermi Gamma-ray Space Telescope. Cette intensité s'expliquerait par la rencontre entre un électron dégagé par l'orage et un positron correspondant rencontré sur le chemin vers le télescope spatial Fermi. En effet, l'intensité du rayon était plus élevée puisque le rayon gamma aurait rencontré une particule d'antimatière, augmentant l'intensité du rayon. La détection de ces particules (principalement des positrons) a amené à penser les chercheurs que tous les TGF émettent des rayons constitués d'électrons et de positrons [10].

Aviation[modifier | modifier le code]

Des chercheurs ont récemment découvert que les TGF représentaient peut-être un danger pour les passagers des avions commerciaux. En effet, ces avions atteignent parfois la même altitude que celle où se produisent les TGFs, ce qui fait qu'ils sont directement touchés par ceux-ci. Une dose de rayons gamma provenant des orages peut être jusqu'à 400 fois plus élevée que celle reçue lors d'une radiographie. Cela pourrait augmenter le risque de développement d'un cancer[11].

Notes et références[modifier | modifier le code]

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Terrestrial gamma-ray flash » (voir la liste des auteurs)

  1. a et b (en) David M. Smith, Liliana I. Lopez, R. P. Lin, Christopher P. Barrington-Leigh., « Terrestrial Gamma-Ray Flashes Observed up to 20 MeV », Science, vol. 307, no 108,‎ 2005, p. 1085-1088 (lire en ligne)
  2. (en) Joseph R. Dwyer, « High-Energy Atmospheric Physics: Terrestrial Gamma-Ray Flashes and Related Phenomena », Space Sci Rev, no 173:133–196,‎ 4 mai 2012 (lire en ligne)
  3. a et b (en) M. B. Cohen, U. S. Inan et G. Fishman, « Terrestrial Gamma-ray Flashes Observed on BATSE/CGRO and ELF/VLF Radio Atmospherics », Atmospheric and Space Electricity [AE] - AE33A MCC:Level 2 - Terrestrial Gamma Ray Flashes, Relativistic Runaway Breakdown, and Related Phenomena III Posters, American Geophysical Union,‎ 2005
  4. (en) G.J. Fishman, P.N. Bhat, R. Mallozzi, J.M. Horack, T. Koshut, C. Kouveliotou, G.N. Pendleton, C.A. Meegan, R.B. Wilson, W.S. Paciesas, S.J. Goodman et H.J. Christian, « Discovery of Intense Gamma-Ray Flashes of Atmospheric Origin », Science, Vol. 264, Numéro 51163,‎ 27 Mai 1994 (lire en ligne)
  5. (en) S. A. Cummer, Y. Zhai, W. Hu, D. M. Smith, L. I. Lopez et M. A. Stanley, « Measurements and implications of the relationship between lightning and terrestrial gamma ray flashes », Geophysical Research Letters, vol. 32, no 8,‎ 2005 (DOI 10.1029/2005GL022778, lire en ligne)
  6. (en) B. Carlson, M. Cohen et al., « Terrestrial Gamma-ray Flashes - Introduction »,‎ 2005
  7. (en) S. Umran, « Phénomènes de haute altitude associés aux éclairs : sprites, elves et émissions gamma terrestres »,‎ décembre 2002
  8. (en) Nikolai G. Lehtinen, « Runaway Electrons and Terrestrial Gamma Rays »,‎ 2005
  9. (en) NASA, « NASA's Fermi Catches Thunderstorms Hurling Antimatter into Space »,‎ 2011
  10. Christophe Magdelaine, « Certains orages génèrent des particules d'antimatière dans l'espace »,‎ 2011
  11. (en) Ker Than, « Gamma Rays a Flight Risk? », National Geographic News,‎ 23 avril 2014

Bibliographie[modifier | modifier le code]

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Voir aussi[modifier | modifier le code]

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