La Voie Lactée produit peu de neutrinos de haute énergie

Les neutrinos sont des particules élémentaires non chargées et n’interagissent presque jamais avec la matière. Lorsque nous levons la main, 10 000 milliards de neutrinos la traversent chaque seconde – et en moyenne, moins d’un d’entre eux réagit avec les atomes que nous avons dans la main. Cependant, il y en a beaucoup dans notre galaxie, du moins celles dont l’énergie est plutôt faible. Un groupe de recherche a examiné combien de neutrinos de haute énergie sont produits dans notre Voie Lactée par rapport à d’autres galaxies. Dans la revue spécialisée « Nature Astronomy », les chercheurs rapportent qu’il y en a moins que la moyenne.

Les neutrinos sont créés de deux manières différentes et ont des énergies différentes. Beaucoup ont leur origine dans des réactions entre noyaux atomiques : par exemple dans la désintégration radioactive, mais aussi dans le soleil ou d’autres étoiles et dans des phénomènes tels que les supernovae. Les neutrinos de haute énergie, quant à eux, sont créés lorsque les rayons cosmiques – c’est-à-dire les protons de haute énergie ou les noyaux atomiques plus lourds – interagissent avec la matière du milieu interstellaire. Ces neutrinos sont très énergétiques : les experts estiment leur énergie à plusieurs milliards d’électrons-volts, soit plusieurs milliards de fois supérieure à celle des neutrinos solaires.

Ke Fang et son équipe de l’Université du Wisconsin-Madison ont étudié combien de neutrinos à haute énergie sont produits dans notre Voie Lactée. Pour ce faire, ils ont utilisé un immense détecteur de neutrinos en Antarctique : l’Observatoire de neutrinos IceCube. Dans un volume d’un kilomètre cube, l’observatoire détecte les quelques neutrinos qui interagissent avec les particules élémentaires de la glace. Les chercheurs ont comparé ces données avec celles des systèmes de télescopes mesurant les rayons gamma cosmiques. Lorsque les rayons cosmiques interagissent avec la matière, non seulement des neutrinos sont créés, mais aussi des rayons gamma.

La Voie Lactée manque de sources de neutrinos

Le nombre de neutrinos observés par IceCube était conforme à celui attendu des rayons gamma. Mais lorsque Fang et son équipe ont utilisé un modèle pour analyser quels neutrinos provenaient de la Voie Lactée et lesquels appartenaient au fond dit extragalactique, ils ont été surpris : davantage de neutrinos de haute énergie provenaient de l’extérieur de la Voie Lactée que de l’intérieur. Conclusion des chercheurs : les sources qui émettent toute une gamme de neutrinos de haute énergie dans d’autres galaxies n’existent pas dans la Voie lactée – et n’ont pas existé au cours des dernières dizaines de milliers d’années.

Une des raisons pourrait être que la Voie Lactée ne possède pas de noyau galactique actif. Lorsque la matière s’accumule autour d’un trou noir supermassif, seule une partie y tombe, le reste est émis sous la forme d’un jet gamma. Cela libère des particules chargées très rapidement et à haute énergie, qui à leur tour produisent des neutrinos. Cependant, peu d’étoiles au centre de la Voie lactée pourraient tomber dans le trou noir. Le trou noir supermassif au centre de notre galaxie semble donc être resté silencieux pendant longtemps : si des neutrinos de haute énergie ont été produits lors de précédentes explosions, ils ont déjà quitté la Voie lactée. Les événements dits de perturbation des marées, qui pourraient produire un grand nombre de neutrinos de haute énergie, sont également extrêmement rares dans la Voie lactée – pour les mêmes raisons. En effet, une étoile se rapproche du trou noir supermassif au centre d’une galaxie, se désintègre sous l’effet des forces de marée et forme un disque d’accrétion autour du trou noir.

Les mesures futures devraient désormais se concentrer sur des sources de neutrinos individuelles, afin de pouvoir fournir davantage d’informations sur les types de sources de neutrinos manquantes dans la Voie lactée.