Je sais que vous mouriez d’impatience de savoir quel intérêt présentent les rayons cosmiques de très haute énergie… je ne vous ferai donc pas languir davantage ! Voici trois bonnes raisons de s'y intéresser :

Pour commencer, ils sont moins sensibes aux champs magnétiques, c'est-à-dire moins fortement déviés, à charge égale, lors de leur trajet intergalactique et interstellaire. Aux énergies extrêmes, on a par conséquent plus de chances de repérer des anisotropies dans leurs directions d’arrivée sur Terre, et idéalement d’identifier leurs sources. Dans le cas des protons, la direction d’arrivée est relativement proche de la direction de leur source.
Ensuite, les rayons cosmiques de très haute énergie sont soumis à un effet dit « GZK », qui traduit l'interaction des rayons cosmiques de très haute énergie avec les fonds de rayonnement, comme le fonds diffus cosmologique, le fameux CMB : au-delà d'une certaine énergie, l'interaction des particules avec ces fonds de rayonnement conduit à des pertes d'énergie rapides, de sorte que ces particules ne peuvent pas se propager sur de grandes distances. Nous savons donc que les sources potentielles de ces particules sont proches et peu nombreuses, moins d’une dizaine.
Enfin, les rayons cosmiques sont porteurs d'un défi. Puisque qu’il y a très peu de sources susceptibles d’accélérer les rayons cosmiques à ces très hautes énergies, on va donc explorer la physique de l'extrême. Les sources pourraient bien être des environnements tout à fait extrêmes sur le plan astrophysique : sursaut gamma, noyaux actifs de galaxies, coalescences (fusions) d’objets compacts, chocs à grande échelle associés à la formation des structures...

Au-delà des rayons cosmiques eux-mêmes, ces études sont intéressantes également dans la perspective d'une astrophysique multi messagers, qui consiste à combiner les informations déduites de l’observation des photons, bien sûr, mais aussi des rayons cosmiques, des neutrinos maintenant, et bientôt on l’espère, des ondes gravitationnelles. À l'astronomie multi longueur d'ondes, qui existe déjà, on ajoute donc à présent de nouveaux messagers, non lumineux. Mais malheureusement, les rayons cosmiques arriveront bien après les autres ! Ralentis par les champs magnétiques, ils prennent un temps beaucoup plus long pour nous parvenir, bien que se déplaçant à la vitesse de la lumière. Les rayons cosmiques arriveront donc beaucoup trop tard, et beaucoup ça peut vouloir dire des milliers d'années… ou davantage !
Mais revenons à JEM-EUSO ! Pourquoi le placer sur la station spatiale internationale (ISS) ? C'est d'abord une opportunité programmatique. Pour les sciences fondamentales, l’ISS ne présente que peu d'intérêt par rapport aux satellites classiques, les « free flyers ». L'ISS a de plus d'autres inconvénients : c'est un très gros « machin » qui cache la vue et qui bouge beaucoup. Pour JEM-EUSO, ce n'est pas un problème, puisqu'il s'agit de regarder la terre et de couvrir un grand volume. Il n'y a qu'un instrument à fabriquer, qui trouvera son énergie sur place, et sans vraie concurrence. Par ailleurs, 400 km d'altitude, il se trouve que c'est la bonne distance pour couvrir une surface correcte tout en gardant assez de lumière pour observer. Alors, que demander de plus ?

Un lancement, lancement qui pourrait avoir lieu en 2018 ou 2019. D’ici là, il y aura le  « pathfinder », la mission EUSO-Ballon, financé par le CNES, un sous projet mené par la France, avec un chef de projet à l’APC, Guillaume Prévôt. EUSO-Ballon, prévu pour cet été, emportera sous un ballon stratosphérique, qui va monter à 40 km, une réplique de l'instrument JEM-EUSO en plus petit, soit un seul module de photo détection, alors que JEM-EUSO en comportera une centaine. Il s'agit de tester en vol toute la chaîne de détection, lentilles de Fresnel, tubes photomultiplicateurs, électronique, système de trigger… C'est le même détecteur, en plus petit. À APC on intègre la surface focale, mais l'instrument lui-même, avec la lentille, sera intégré dans la nacelle à l’IRAP à Toulouse, avant de partir  en août pour le site de lancement ballon du CNES, dans l'Ontario, au Canada.

Les partenaires français du « pathfinder » EUSO-Ballon sont le CNES, l’IRAP,  OMEGA et le LAL.

Pour en savoir plus :

http://jemeuso.riken.jp/en/

http://www.polaris-emp.eu/index.php?action=projet&id=733&lang=fr