IceCube : Un télescope sous la glace de l’Antarctique détecte les premiers neutrinos galactiques | Science

Un immense télescope construit sous la glace du pôle Sud a détecté pour la première fois des neutrinos provenant de notre galaxie, la Voie lactée. La découverte est la confirmation d’un phénomène attendu depuis des années et implique que dans notre propre voisinage cosmique, il existe des corps inconnus capables de produire les particules les plus énergétiques de l’univers.

Les neutrinos sont les particules les plus abondantes dans le cosmos. Chaque seconde, environ 100 milliards traversent notre corps sans que nous nous en rendions compte. Ces particules fantomatiques n’ont aucune charge électrique et pratiquement aucune masse. La grande majorité des neutrinos traversent la Terre de part en part sans laisser de trace. Mais quelques-uns interagissent avec un atome et produisent un flash de lumière bleue qui permet de déterminer leur origine.

Le télescope Glaçon C’est une masse d’un kilomètre cube de glace antarctique dans laquelle ont été installés plus de 5 000 détecteurs sphériques capables de capter les éclairs laissés par les neutrinos dans leur sillage. En 2013, l’observatoire a découvert les deux premiers neutrinos extérieurs à notre galaxie. Epi et Blas ont été baptisés et ont inauguré une nouvelle ère de l’astronomie, bien qu’il n’ait pas été possible de déterminer d’où ils venaient exactement.

En 2017 et 2022, quelques dizaines de neutrinos supplémentaires ont été piégés, permettant d’identifier les deux premières sources extérieures à notre galaxie : deux trous noirs dans lesquels pourraient se loger des millions d’étoiles comme le Soleil. presque la vitesse de la lumière pendant plus de 4 milliards d’années depuis la lointaine galaxie TXS 0506+065. Dans le second, ils venaient de Messier 77, une galaxie juste 47 millions d’années-lumière de notre système solaire.

Les neutrinos sont associés aux rayons cosmiques, des faisceaux de particules chargées qui sont les plus énergétiques de l’univers. En 1993, un télescope de l’Utah (États-Unis) a capturé la plus puissante particule de ce type connue. Il se déplaçait à une vitesse proche de la lumière et son énergie était des millions de fois supérieure à celle du plus puissant accélérateur de particules au monde, le LHC. Au début, il s’appelait le signal WTF (initiales de what the fuck!, en anglais), bien qu’il ait finalement été baptisé OMG (Oh mon Dieu). Les astrophysiciens utilisent les grands détecteurs de neutrinos pour essayer de comprendre d’où viennent les rayons cosmiques.

À cette occasion, Glaçon a découvert des centaines de neutrinos qui viennent du centre de notre galaxie, à quelque 25 000 années-lumière, et avec une énergie 10 000 fois supérieure à celle d’un accélérateur de particules, explique-t-il Ignacio Taboadaporte-parole du télescope Glaçon. « La découverte de ces neutrinos galactiques devrait être la plus simple, mais il s’avère que la Voie lactée n’en produit pas beaucoup. Nous avons finalement réussi à les attraper et ainsi nous savons que dans notre environnement cosmique il y a aussi des objets capables de les produire », souligne Taboada, un chercheur d’origine vénézuélienne qui a travaillé sur Glaçon depuis sa construction, en 2010. La découverte est publiée aujourd’hui dans la revue Scienceréférence de la meilleure science mondiale.

la masse de Glaçon Il est situé sous la base américaine Amundsen-Scott du pôle Sud, où la température moyenne est de 50 degrés sous zéro. Pendant l’hiver antarctique, qui dure six mois et où il fait toujours nuit, seules deux personnes restent à la base pour entretenir Glaçon en fonctionnement. Pendant ce temps, une équipe de plus de 300 scientifiques de plus de 12 pays peut accéder aux données en temps réel.

Pour la découverte d’aujourd’hui, une intelligence artificielle a été développée qui a analysé un milliard de signaux de neutrinos capturés entre 2011 et 2022, et a sélectionné les quelques centaines qui proviennent de la Voie lactée. Juanan Aguilar, physicien d’astroparticules d’Albacete qui fait partie de l’équipe de Glaçon, détaille qu'”avant, des modèles statistiques moins précis étaient utilisés pour analyser les signaux captés par le télescope”. Les nouveaux outils basés sur les réseaux de neurones permettent de nettoyer le bruit produit par d’autres particules et de ne conserver que “les signaux qui viennent de l’intérieur de la galaxie”.

La Voie lactée a la forme d’une spirale aplatie, comme un cookie, et les signaux semblent provenir juste du bord. Les données de Glaçon montrent qu’il existe une sorte de nuage diffus de neutrinos qui s’étend dans tout le centre galactique. De plus, il peut y avoir une ou plusieurs sources ponctuelles de neutrinos. Il est possible que l’un d’entre eux soit Sagittarius A*, un trou noir d’une masse équivalente à quatre millions d’étoiles comme le Soleil qui se tapit en plein centre de la galaxie. Il est également possible qu’il existe d’autres objets inconnus qui produisent des rayons cosmiques et des neutrinos, comme un trou noir qui avale une étoile proche.

« La découverte de Glaçon révèle que dans notre propre galaxie il doit y avoir d’énormes accélérateurs de particules” comparables à ceux qui avaient été détectés auparavant dans d’autres galaxies plus ou moins lointaines, résume Francisco Salesa, chercheur à l’Institut de Physique Corpusculaire de Valence. Ce même mois, le détecteur de neutrinos Antares, situé sous la mer Méditerranée, au large de Toulon (France), a capté un signal de neutrinos galactique. “La fiabilité de ce signal était de deux sigma, c’est-à-dire qu’il y avait une chance sur 100 que le signal soit une erreur”, explique Salesa. « Le constat de Glaçon il a 4,5 sigma, une chance d’erreur sur 10 millions. C’est beaucoup plus fiable, mais cela ne permet pas de revendiquer une découverte, ce qui nécessite cinq sigma – une chance sur 3,5 millions.

Commence alors une course mondiale pour identifier l’origine des neutrinos galactiques. Glaçon, tirée principalement par les États-Unis, continuera de fonctionner pendant plusieurs années et pourrait y parvenir. Mais être dans l’hémisphère sud place le centre de la galaxie directement au-dessus, ce qui introduit beaucoup de bruit causé par d’autres particules élémentaires produites dans l’atmosphère, le Soleil et d’autres objets. Actuellement, KM3Net est en construction, un nouveau télescope sous-marin en Méditerranée avec deux sites, Arca et Orca, situés près de Toulon et de la Sicile (Italie). Étant dans l’hémisphère nord, la Terre servira de filtre et, théoriquement, elle pourra mieux affiner l’origine des neutrinos galactiques insaisissables.

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