Rayons gamma, Rayons cosmiques, Nuages, Bulles, Champs magnétiques, Milieu interstellaire local

La plupart des supernovae dans notre Galaxie explosent dans des amas d'étoiles massives. Avec les vents et les rayonnements intenses des étoiles les plus massives elles forment des bulles chaudes en expansion, d'une taille d'une centaine de parsecs, appelées superbulles. Ces régions de la Galaxie sont des laboratoires de choix pour étudier la rétroaction stellaire sur le milieu interstellaire. Le gaz et les champs magnétiques initialement présents sont balayés. Une cavité se forme, remplie d'un plasma turbulent et traversée par de nombreuses ondes de chocs. Ce type d'environnement peut fortement perturber la propagation des rayons cosmiques. La contribution des superbulles à la production des rayons cosmiques Galactiques reste cependant inconnue. En 2011, le Fermi Large Area Télescope (LAT) a identifié en rayonsγ un coco de jeunes rayons cosmiques, accélérés dans la superbulle de Cygnus X. Cette première découverte a motivé la recherche et l'analyse d'autres amas d'étoiles massives. La proximité de la superbulle d'Orion-Eridanus en fait un bon candidat. Nous avons étudié la partie de la superbulle la plus proche et visible loin du plan Galactique, dans la constellation de l'Éridan. Les observations à différentes longueurs d'ondes du spectre électromagnétique ont permis d'étudier la structure du gaz et des champs magnétiques de la superbulle. À partir des informations en vitesse des raies d'émission du H I et du CO, nous avons identifié différentes coquilles de gaz associées à la superbulle. Elles indiquent une vitesse d'expansion globale de 20 km s¿1. Des cartes 3D du rougissement des poussières ont permis de confirmer cette séparation en coquilles et de contraindre leurs distances au Soleil entre 150 et 250 pc. L'absorption des rayons X a permis de les positionner par rapport au gaz chaud de la superbulle. Ce gaz chaud apparaît hétérogène, avec un mélange sur les lignes de visée de plasmas à 0.3-1.2 MK et 3-9 MK. La composante du champ magnétique dans le plan du ciel peut être tracée par l'émission polarisée des poussières observée par Planck. Les données montrent que le champ dans la coquille externe a été réorganisé et comprimé par l'expansion de la superbulle. En utilisant la méthode de Davis-Chandrasekhar-Fermi et en veillant à la cohérence avec la dynamique du gaz au travers du choc externe, nous avons obtenu des intensités du champ magnétique dans la coquille entre 3 et 15 µG. Nous avons mesuré le flux de rayons cosmiques dans les coquilles de la superbulle avec 10 ans de données du télescope Fermi-LAT entre 0.25 et 63 GeV. À ces énergies, le rayonnement γ trace principalement l'interaction des rayons cosmiques avec le gaz interstellaire. Nous avons modélisé les distributions spatiale et spectrale des rayons γ issus des différentes phases de gaz (atomique, moléculaire, sombre et ionisé). Des émissions γ non liées au gaz sont également prises en compte. Notre analyse révèle que les spectres d'émissivité γ dans les coquilles de la superbulle sont compatibles avec le spectre moyen de rayons cosmiques mesuré dans le milieu interstellaire local et dans le Système Solaire. Une telle homogénéité montre que la superbulle n'est pas active en termes de production et de réaccéléra de rayons cosmiques, et nous discutons plusieurs explications possibles. Un nuage diffus, situé en dehors de la bulle et à une altitude de 200-250 pc sous le plan Galactique, présente une émissivité γ 34% plus faible mais sans modification spectrale. Cette perte de rayons cosmiques est significative et nous avançons l'hypothèse qu'elle est liée à l'orientation des lignes de champ magnétique du nuage qui pointent vers le halo Galactique. Enfin, en compilant nos mesures d'émissivité avec celles d'analyses précédentes, nous avons étudié la variation locale du flux de rayons cosmiques selon l'altitude au-dessus du plan Galactique, et nous comparons ces mesures aux prédictions des modèles.