Un nouveau scénario d’accélération de particules dévoilé par des simulations numériques

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Les étoiles à neutrons en rotation rapide, ou pulsars, génèrent des vents ténus, ultra-magnétisés et ultra-relativistes de paires électron-positron. Lorsque un vent de pulsar rencontre le milieu environnant un choc se forme, le vent décélère et s’isotropise formant ainsi une nébuleuse de pulsar. A l’image de la célèbre Nébuleuse du Crabe, la nébuleuse produit une brillante émission non-thermique qui témoigne d’une accélération de particules très efficace jusqu’au PeV (10^15 eV). L’onde de choc est depuis longtemps suspectée comme étant à l’origine de cette accélération mais aucun scénario n’a encore réussi à l’expliquer.

Grâce aux très grandes infrastructures de calcul intensif offertes par GENCI (Nationales) et PRACE (Européennes), de nouvelles simulations numériques plasma ab-initio de type particle-in-cell révèlent un tout nouveau scénario capable pour la première fois d’accélérer les particules efficacement. Les simulations montrent que l’anisotropie du choc terminal joue un rôle crucial dans la formation de turbulence plasma à grande échelle qui en se dissipant accélère les particules à petite échelle. Une prédiction étonnante du modèle numérique est la formation d’une cavité plasma localisée sur le front du choc à l’équateur, concentrant l’essentiel des particules les plus énergétiques. Cette composante pourrait être la clé des mystérieux sursauts gamma observés dans la Nébuleuse du Crabe. Ce nouveau mécanisme d’accélération pourrait se révéler aussi efficace dans d’autres environnements astrophysiques similaires, comme par exemple le choc terminal des jets d’AGN ou encore dans les sursauts gamma.