Les origines des neutrinos de haute énergie ont été retracées pour la toute première fois, résolvant un important mystère astronomique
Pour comprendre et en savoir plus énergie ou de la matière, l'étude des mystérieuses particules subatomiques est cruciale. Les physiciens examinent les particules subatomiques - neutrinos – de mieux comprendre les différents événements et processus dont ils sont issus. Nous connaissons les étoiles et particulièrement le soleil grâce à l'étude des neutrinos. Il y a tellement plus à apprendre sur univers et comprendre le fonctionnement des neutrinos est l’étape la plus importante pour tout scientifique intéressé par la physique et l’astronomie.
Que sont les neutrinos ?
Les neutrinos sont des particules vaporeuses (et très volatiles) presque sans masse, sans charge électrique et qui peuvent traverser tout type de matière sans aucune altération. Les neutrinos peuvent y parvenir en résistant à des conditions extrêmes et à des environnements denses comme les étoiles, les planètes et les galaxies. Une caractéristique importante des neutrinos est qu’ils n’interagissent jamais avec la matière qui les entoure, ce qui rend leur analyse très difficile. En outre, ils existent en trois « saveurs » : électron, tau et muon et ils basculent entre ces saveurs lorsqu’ils oscillent. C’est ce qu’on appelle le phénomène de « mélange » et c’est le domaine d’étude le plus étrange lorsqu’on mène des expériences sur les neutrinos. La principale caractéristique des neutrinos est qu’ils contiennent des informations uniques sur leur origine exacte. Cela est principalement dû au fait que les neutrinos sont très énergétiques, mais ils ne possèdent aucune charge et ne sont donc pas affectés par des champs magnétiques de quelque puissance que ce soit. L’origine des neutrinos n’est pas entièrement connue. La plupart d'entre eux proviennent du soleil, mais un petit nombre, notamment ceux à haute énergie, proviennent de régions plus profondes de l'espace. C’est la raison pour laquelle l’origine exacte de ces vagabonds insaisissables était encore inconnue et on les appelle « particules fantômes ».
Origine du neutrino de haute énergie tracée
Dans des études jumelles révolutionnaires en astronomie publiées dans Sciences, des chercheurs ont pour la première fois retracé l'origine d'un neutrino de particule subatomique fantomatique qui a été trouvé au fond de la glace en Antarctique après avoir voyagé 3.7 milliards d'années jusqu'à la planète Terre1,2. Ce travail est réalisé grâce à une collaboration de plus de 300 scientifiques et 49 institutions. Des neutrinos de haute énergie ont été détectés par le plus grand détecteur IceCube jamais installé au pôle Sud par l'Observatoire de neutrinos IceCube profondément dans les couches de glace. Pour atteindre leur objectif, 86 trous ont été forés dans la glace, chacun d'une profondeur d'un kilomètre et demi, et répartis sur un réseau de plus de 5000 capteurs de lumière couvrant ainsi une superficie totale de 1 kilomètre cube. Le détecteur IceCube, géré par la US National Science Foundation, est un détecteur géant composé de 86 câbles qui sont placés dans des trous de forage s'étendant jusqu'à la glace profonde. Les détecteurs enregistrent la lumière bleue spéciale qui est émise lorsqu'un neutrino interagit avec un noyau atomique. De nombreux neutrinos de haute énergie ont été détectés, mais ils étaient introuvables jusqu'à ce qu'un neutrino d'une énergie de 300 50 milliards d'électrons-volts soit détecté avec succès sous une calotte glaciaire. Cette énergie est presque XNUMX fois plus grande que l'énergie des protons qui traversent le Grand collisionneur Hardon, qui est l'accélérateur de particules le plus puissant de cette planète. Une fois cette détection effectuée, un système temps réel a méthodiquement collecté et compilé des données, pour l'ensemble du spectre électromagnétique, en provenance de laboratoires sur Terre et dans l'espace sur l'origine de ce neutrino.
Le neutrino a été retracé avec succès jusqu’à une galaxie lumineuse connue sous le nom de « blazer ». Blazer est une gigantesque galaxie active elliptique dotée de deux jets qui émettent des neutrinos et des rayons gamma. Il a un supermassif distinctif et tourne rapidement trou noir en son centre et la galaxie se déplace vers la Terre à la vitesse de la lumière. L'un des jets du blazer est d'un caractère extrêmement brillant et pointe directement vers la Terre, donnant son nom à cette galaxie. La galaxie Blazer est située à gauche de la constellation d'Orion et cette distance est d'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 sur Terre et dans l'espace. Cette première étude1 a montré la détection de neutrinos et une deuxième étude ultérieure2 a montré que la galaxie Blazer avait produit ces neutrinos plus tôt également en 2014 et 2015. Le Blazer est certainement une source de neutrinos extrêmement énergétiques et donc également de rayons cosmiques.
Découverte révolutionnaire en astronomie
La découverte de ces neutrinos est une réussite majeure et peut permettre l'étude et l'observation des univers d'une manière inégalée. Les scientifiques affirment que cette découverte pourrait les aider à retracer, pour la toute première fois, les origines des mystérieux rayons cosmiques. Ces rayons sont des fragments d’atomes qui descendent sur Terre depuis l’extérieur du système solaire, flamboyants à la vitesse de la lumière. On leur reproche d'avoir causé des problèmes aux satellites, aux systèmes de communication, etc. Contrairement aux neutrinos, les rayons cosmiques sont des particules chargées. Les champs magnétiques continuent donc d'affecter et de modifier leur trajectoire, ce qui rend impossible la traçabilité de leurs origines. Les rayons cosmiques font depuis longtemps l’objet de recherches en astronomie et bien qu’ils aient été découverts en 1912, les rayons cosmiques restent un grand mystère.
À l’avenir, un observatoire de neutrinos à plus grande échelle utilisant une infrastructure similaire à celle utilisée dans cette étude pourra obtenir des résultats plus rapides et davantage de détections pourront être effectuées pour découvrir de nouvelles sources de neutrinos. Cette étude réalisée en enregistrant plusieurs observations et en prenant connaissance des données sur tout le spectre électromagnétique est cruciale pour approfondir notre compréhension du univers les mécanismes de la physique qui le régissent. Il s'agit d'une excellente illustration de l'astronomie « multimessagers » qui utilise au moins deux types de signaux différents pour examiner le cosmos, ce qui la rend plus puissante et plus précise pour rendre possibles de telles découvertes. Cette approche a permis de découvrir les collisions d'étoiles à neutrons et également ondes gravitationnelles dans un passé récent. Chacun de ces messagers nous apporte de nouvelles connaissances sur le univers et des événements puissants dans l'atmosphère. En outre, cela peut aider à mieux comprendre les événements extrêmes qui se sont produits il y a des millions d’années et qui ont poussé ces particules à faire leur voyage vers la Terre.
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Sources)
1. La collaboration IceCube et al. 2018. Observations multimessagers d'un blazar torché coïncidant avec le neutrino de haute énergie IceCube-170922A. Sciences. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. La collaboration IceCube et al. 2018. Émission de neutrinos en provenance du blazar TXS 0506+056 avant l'alerte IceCube-170922A. Sciences. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
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