L'origine des neutrinos de haute énergie a été déterminée pour la toute première fois, résolvant ainsi un important mystère astronomique.
Pour mieux comprendre l'énergie et la matière, l'étude des mystérieuses particules subatomiques est essentielle. Les physiciens étudient les neutrinos , ces particules subatomiques , afin de mieux comprendre les différents événements et processus à l'origine de leur formation. C'est grâce à l'étude des neutrinos que nous connaissons les étoiles, et notamment le Soleil. L' univers recèle encore tant de mystères, et comprendre le fonctionnement des neutrinos est une étape fondamentale pour tout scientifique s'intéressant à la physique et à l'astronomie.
Que sont les neutrinos ?
Les neutrinos sont des particules gazeuses (et très volatiles) de masse quasi nulle et sans charge électrique. Ils peuvent traverser n'importe quel type de matière sans se modifier. Cette propriété leur permet de résister à des conditions extrêmes et à des environnements denses comme les étoiles, les planètes et les galaxies . Une caractéristique importante des neutrinos est leur absence d'interaction avec la matière environnante, ce qui rend leur analyse particulièrement complexe. De plus, ils existent sous trois « saveurs » : électronique, tauique et muonique. Ils alternent entre ces saveurs lors de leurs oscillations. Ce phénomène de « mélange » constitue l'un des aspects les plus fascinants des expériences sur les neutrinos. Leur principale caractéristique est de révéler des informations uniques sur leur origine exacte. En effet, bien que très énergétiques, les neutrinos sont dépourvus de charge et restent donc insensibles aux champs magnétiques, quelle que soit leur puissance. L'origine des neutrinos demeure incomplètement inconnue. La plupart proviennent du Soleil, mais un petit nombre, notamment ceux de haute énergie, sont issus des régions les plus profondes de l'espace . C’est pourquoi l’origine exacte de ces particules errantes et insaisissables restait inconnue et qu’on les appelait « particules fantômes ».
Origine du neutrino de haute énergie tracée
Dans deux études astronomiques majeures publiées dans la revue Science , des chercheurs ont, pour la première fois, retracé l'origine d'un neutrino, une particule subatomique fantomatique, découvert profondément dans la glace de l'Antarctique après un voyage de 3.7 milliards d'années jusqu'à la Terre <sup> 1,2</sup> . Ces travaux sont le fruit d'une collaboration entre plus de 300 scientifiques et 49 institutions. Les neutrinos de haute énergie ont été détectés par IceCube, le plus grand détecteur jamais installé au pôle Sud par l'Observatoire de neutrinos IceCube, au cœur des couches de glace. Pour ce faire, 86 forages de 2,4 kilomètres de profondeur ont été réalisés dans la glace, répartis sur un réseau de plus de 5 000 capteurs de lumière, couvrant ainsi une surface totale d'un kilomètre cube. Le détecteur IceCube, géré par la Fondation nationale américaine pour la science (NSF), est un détecteur géant composé de 86 câbles placés dans des forages s'enfonçant profondément dans la glace. Ces détecteurs enregistrent la lumière bleue spécifique émise lorsqu'un neutrino interagit avec un noyau atomique. De nombreux neutrinos de haute énergie ont été détectés, mais leur origine restait indéterminée jusqu'à la détection réussie d'un neutrino d'une énergie de 300 billions d'électronvolts sous une calotte glaciaire. Cette énergie est près de 50 fois supérieure à celle des protons qui circulent dans le Grand collisionneur de particules (LHC), l'accélérateur de particules le plus puissant de la planète . Suite à cette détection, un système en temps réel a collecté et compilé méthodiquement des données, couvrant l'ensemble du spectre électromagnétique, provenant de laboratoires terrestres et spatiaux, afin de déterminer l'origine de ce neutrino.
Le neutrino a été identifié avec succès comme provenant d'une galaxie lumineuse appelée « Blazer ». Blazer est une galaxie elliptique active gigantesque dotée de deux jets qui émettent des neutrinos et des rayons gamma. Elle possède en son centre un trou noir supermassif et en rotation rapide, et se déplace vers la Terre à une vitesse proche de celle de la lumière. L'un des jets de Blazer, d'une luminosité intense, est orienté directement vers la Terre, ce qui lui vaut son nom. Blazer se situe à gauche de la constellation d'Orion, à environ 4 milliards d'années-lumière de la Terre. Les neutrinos et les rayons gamma ont été détectés par l'observatoire ainsi que par un total de 20 télescopes terrestres et spatiaux . Une première étude¹ a mis en évidence la détection des neutrinos, et une seconde étude² a montré que la galaxie Blazer en avait déjà produit en 2014 et 2015. Blazer est donc une source importante de neutrinos extrêmement énergétiques, et par conséquent de rayons cosmiques.
Découverte révolutionnaire en astronomie
La découverte des neutrinos est une avancée majeure qui ouvre la voie à une étude et une observation de l' univers d'une manière inédite. Les scientifiques affirment que cette découverte pourrait permettre, pour la toute première fois, de remonter à l'origine des mystérieux rayons cosmiques. Ces rayons sont des fragments d'atomes qui nous parviennent de l'extérieur du système solaire à la vitesse de la lumière. Ils sont souvent accusés de perturber le fonctionnement des satellites, des systèmes de communication, etc. Contrairement aux neutrinos, les rayons cosmiques sont des particules chargées ; les champs magnétiques influencent et modifient constamment leur trajectoire, ce qui rend impossible de retracer leur origine. Les rayons cosmiques font l'objet de recherches en astronomie depuis longtemps et, bien qu'ils aient été découverts en 1912, ils demeurent encore une énigme.
À l'avenir, un observatoire de neutrinos à plus grande échelle, utilisant une infrastructure similaire à celle de cette étude, permettra d'obtenir des résultats plus rapidement et de réaliser davantage de détections, révélant ainsi de nouvelles sources de neutrinos. Cette étude, menée en enregistrant de multiples observations et en prenant en compte des données couvrant l'ensemble du spectre électromagnétique, est cruciale pour approfondir notre compréhension de l' univers et des mécanismes physiques qui le régissent. Elle illustre parfaitement l'astronomie multispectrale, qui utilise au moins deux types de signaux différents pour explorer le cosmos, ce qui la rend plus puissante et précise et rend possible de telles découvertes. Cette approche a permis de découvrir la collision d'étoiles à neutrons et les ondes gravitationnelles récemment. Chacun de ces messagers nous apporte de nouvelles connaissances sur l' univers et les phénomènes atmosphériques puissants. De plus, elle peut contribuer à mieux comprendre les événements extrêmes survenus il y a des millions d'années, à l'origine du voyage de ces particules vers la Terre.
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Sources)
1. Collaboration IceCube et al. 2018. Observations multimessagers d'un blazar en éruption coïncidant avec le neutrino de haute énergie IceCube-170922A. Science . 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. Collaboration IceCube et al. 2018. Émission de neutrinos en provenance du blazar TXS 0506+056 avant l'alerte IceCube-170922A. Science . 361(6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
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