La version originale de cette histoire apparaît dans Magazine Quanta.
Parmi les 100 000 milliards de neutrinos qui nous traversent chaque seconde, la plupart proviennent du soleil ou de l’atmosphère terrestre. Mais une poignée de particules – celles qui se déplacent beaucoup plus rapidement que les autres – provenaient de sources puissantes plus éloignées. Depuis des décennies, les astrophysiciens recherchent l’origine de ces neutrinos « cosmiques ». Aujourd’hui, l’observatoire des neutrinos IceCube en a finalement collecté suffisamment pour révéler des schémas révélateurs de leur origine.
Dans un article publié en juin dans Science, l’équipe a révélé la première carte de la Voie Lactée en neutrinos. (Habituellement, notre galaxie est cartographiée avec des photons, des particules de lumière.) La nouvelle carte montre une brume diffuse de neutrinos cosmiques émanant de toute la Voie lactée, mais étrangement, aucune source individuelle ne se démarque. « C’est un mystère », a déclaré Francis Halzen, qui dirige IceCube.
Les résultats font suite à une étude IceCube réalisée l’automne dernier, également en Science, ce fut le premier à connecter des neutrinos cosmiques à une source individuelle. Il a montré qu’une grande partie des neutrinos cosmiques détectés jusqu’à présent par l’observatoire provenaient du cœur d’une galaxie « active » appelée NGC 1068. Dans le noyau lumineux de la galaxie, la matière spirale dans un trou noir supermassif central, produisant d’une manière ou d’une autre des neutrinos cosmiques. Dans le processus.
« C’est vraiment gratifiant », a déclaré Kate Scholberg, physicienne des neutrinos à l’Université Duke qui n’a pas participé à la recherche. « Ils ont en fait identifié une galaxie. C’est le genre de chose que toute la communauté de l’astronomie des neutrinos essaie de faire depuis toujours.
La localisation des sources de neutrinos cosmiques ouvre la possibilité d’utiliser ces particules comme nouvelle sonde de physique fondamentale. Les chercheurs ont montré que les neutrinos peuvent être utilisés pour ouvrir des fissures dans le modèle standard en vigueur de la physique des particules et même tester les descriptions quantiques de la gravité.
Pourtant, identifier l’origine d’au moins certains neutrinos cosmiques n’est qu’une première étape. On sait peu de choses sur la façon dont l’activité autour de certains trous noirs supermassifs génère ces particules, et jusqu’à présent, les preuves indiquent de multiples processus ou circonstances.
Illustration : Merrill Sherman/Magazine Quanta; images gracieuseté de IceCube Collaboration
Origine longtemps recherchée
Aussi abondants soient-ils, les neutrinos traversent généralement la Terre sans laisser de trace ; un détecteur magnifiquement énorme a dû être construit pour en détecter suffisamment pour percevoir des modèles dans les directions d’où ils arrivent. IceCube, construit il y a 12 ans, se compose de chaînes de détecteurs d’un kilomètre de long enfoncées profondément dans la glace de l’Antarctique. Chaque année, IceCube détecte une douzaine de neutrinos cosmiques dont l’énergie est si élevée qu’ils se détachent nettement de la brume des neutrinos atmosphériques et solaires. Des analyses plus sophistiquées peuvent identifier des neutrinos cosmiques candidats supplémentaires à partir du reste des données.
Les astrophysiciens savent que de tels neutrinos énergétiques ne peuvent apparaître que lorsque des noyaux atomiques se déplaçant rapidement, appelés rayons cosmiques, entrent en collision avec de la matière quelque part dans l’espace. Et très peu d’endroits dans l’univers disposent de champs magnétiques suffisamment puissants pour élever les rayons cosmiques à des énergies suffisantes. Les sursauts gamma, des éclairs de lumière ultra-lumineux qui se produisent lorsque certaines étoiles deviennent une supernova ou lorsque des étoiles à neutrons entrent en spirale les unes dans les autres, ont longtemps été considérés comme l’une des options les plus plausibles. La seule véritable alternative était les noyaux galactiques actifs, ou AGN, des galaxies dont les trous noirs supermassifs centraux crachent des particules et des radiations lorsque la matière y tombe.
