À environ 47 millions d’années-lumière de l’endroit où vous êtes assis, le centre d’une galaxie chargée de trous noirs nommée NGC 1068 crache des flux de particules énigmatiques. Ce sont des neutrinos – autrement connus sous le nom de “particules fantômes” insaisissables hante notre univers tout en laissant peu de trace de leur existence.
Immédiatement après avoir vu le jour, des faisceaux de ces morceaux invisibles plongent à travers l’étendue cosmique. Ils passent devant des étoiles brillantes que nous pouvons voir et passent devant des poches d’espace regorgeant de merveilles que nous n’avons pas encore découvertes. Ils volent et volent et volent jusqu’à ce que, occasionnellement, ils atteignent le pôle Sud de la Terre et se forent sous terre. Le voyage des neutrinos est continu.
Mais les scientifiques attendent patiemment leur arrivée.
Niché dans environ 1 milliard de tonnes de glace, à plus de 2 kilomètres (1,24 miles) sous l’Antarctique, se trouve le Observatoire de neutrinos IceCube. Un chasseur de neutrinos, pourrait-on dire. Et lorsque des neutrinos transfèrent leur groupe sur le continent glacial, IceCube reste vigilant.
Dans un papier publié vendredi dans la revue Science, l’équipe internationale à l’origine de cette expérience ambitieuse a confirmé avoir trouvé des preuves de 79 “émissions de neutrinos de haute énergie” provenant de l’endroit où se trouve NGC 1068, ouvrant la porte à de nouveaux types de physique – et infiniment fascinants. “L’astronomie des neutrinos”, les scientifiques l’appellent.
Ce serait une branche de l’astronomie capable de faire ce que les branches existantes ne peuvent tout simplement pas faire.
Vue de face de l’IceCube Lab au crépuscule, avec un ciel étoilé montrant un aperçu de la Voie lactée au-dessus de la tête et la lumière du soleil persistant à l’horizon.
Martin Wolf, IceCube/NSF
Avant aujourd’hui, les physiciens n’avaient montré que des neutrinos provenant soit du soleil ; l’atmosphère de notre planète ; un mécanisme chimique appelé désintégration radioactive ; supernovas ; et — grâce au premier IceCube percée en 2017 — un blazar, ou trou noir supermassif vorace pointé directement vers la Terre. Un vide nommé TXS 0506+056.
Avec cette nouvelle source de neutrinos, nous entrons dans une nouvelle ère de l’histoire de la particule. En fait, selon l’équipe de recherche, il est probable que les neutrinos provenant de NGC 1068 aient jusqu’à des millions, des milliards, peut-être même billions la quantité d’énergie détenue par les neutrinos enracinés dans le soleil ou les supernovas. Ce sont des chiffres à couper le souffle car, en général, ces fragments fantomatiques sont si puissants, mais évasifs, que chaque seconde, milliards et milliards de neutrinos déplacer à travers votre corps. Vous ne pouvez pas le dire.
Et si vous vouliez arrêter un neutrino dans son élan, vous auriez besoin de le combattre avec un bloc de plomb une année-lumière à l’échelle – bien que même alors, il y aurait une fraction de chance de succès. Ainsi, exploiter ces particules, version NCG 1068 ou non, pourrait nous permettre de pénétrer dans des zones du cosmos qui seraient habituellement hors de portée.
Maintenant quoi?
Non seulement ce moment est massif car il nous donne plus de preuves d’une particule étrange qui n’a même pas été annoncée à exister jusqu’en 1956mais aussi parce que les neutrinos sont comme les clés des coulisses de notre univers.
Ils ont la capacité de révéler des phénomènes et de résoudre des énigmes que nous ne pouvons résoudre par aucun autre moyen, ce qui est la principale raison pour laquelle les scientifiques tentent de développer l’astronomie des neutrinos en premier lieu.
“L’univers a de multiples façons de communiquer avec nous”, a déclaré jeudi aux journalistes Denise Caldwell de la National Science Foundation et membre de l’équipe IceCube. “Le rayonnement électromagnétique, que nous voyons comme la lumière des étoiles, les ondes gravitationnelles qui secouent le tissu de l’espace – et les particules élémentaires, telles que les protons, les neutrons et les électrons crachés par des sources localisées.
“L’une de ces particules élémentaires a été les neutrinos qui imprègnent l’univers, mais malheureusement, les neutrinos sont très difficiles à détecter.”
En fait, même la galaxie NGC 1068 et son trou noir gargantuesque sont généralement obscurcis par un épais voile de poussière et de gaz, ce qui les rend difficiles à analyser avec des télescopes et des équipements optiques standard – malgré des années de scientifiques essayant de percer son rideau. de la NASA Télescope spatial James Webb pourrait avoir une longueur d’avance dans ce cas en raison de son yeux infrarougesmais les neutrinos peuvent être une voie encore meilleure.
Prévues pour être générées derrière de tels écrans opaques filtrant notre univers, ces particules peuvent transporter des informations cosmiques derrière ces écrans, zoomer sur de grandes distances tout en interagissant avec pratiquement aucune autre matière, et fournir à l’humanité des informations vierges et intactes sur les coins insaisissables de l’espace extra-atmosphérique.
“Nous sommes très chanceux, dans un sens, car nous pouvons accéder à une compréhension incroyable de cet objet”, a déclaré Elisa Resconi, de l’Université technique de Munich et membre de l’équipe IceCube, à propos de NGC 1068.
Dans ce rendu artistique, basé sur une image réelle du laboratoire IceCube au pôle Sud, une source distante émet des neutrinos qui sont détectés sous la glace par des capteurs IceCube, appelés DOM.
IceCube/NSF
Il est également à noter qu’il existe de nombreuses (beaucoup) plus de galaxies similaires à NGC 1068 – classées comme Galaxies de Seyfert — qu’il existe des blazars similaires au TXS 0506+056. Cela signifie que la dernière découverte d’IceCube est, sans doute, un plus grand pas en avant pour les astronomes de neutrinos que celui de l’observatoire.
Peut-être que la majeure partie des neutrinos diffusant dans l’univers sont enracinés dans les sosies NGC 1068. Mais dans le grand schéma des choses, le mérite des neutrinos ne se limite pas à leurs sources.
Ces fantômes, comme l’ont dit Justin Vandenbroucke de l’Université du Wisconsin-Madison et un membre de l’équipe IceCube, sont aptes à résoudre deux mystères majeurs de l’astronomie.
Tout d’abord, une multitude de galaxies dans notre univers possèdent des vides gravitationnellement monstrueux en leur centre, des trous noirs atteignant des masses des millions à des milliards de fois supérieures à celles de notre soleil. Et ces trous noirs, lorsqu’ils sont actifs, font exploser des jets de lumière de leurs entrailles – émettant suffisamment d’éclairage pour éclipser chaque étoile de la galaxie elle-même. “Nous ne comprenons pas comment cela se produit”, a simplement déclaré Vandenbrouke. Les neutrinos pourraient fournir un moyen d’étudier les régions autour des trous noirs.
Deuxièmement, le général, mais persistant, l’énigme des rayons cosmiques.
Nous ne savons pas non plus vraiment d’où viennent les rayons cosmiques, mais ces chaînes de particules atteignent des énergies jusqu’à et au-delà des millions de fois supérieures à celles que nous pouvons atteindre ici sur Terre avec des accélérateurs de particules construits par l’homme comme celui du CERN.
“Nous pensons que les neutrinos ont un rôle à jouer”, a déclaré Vandenbroucke. “Quelque chose qui peut nous aider à répondre à ces deux mystères des trous noirs alimentant des galaxies très brillantes et de l’origine des rayons cosmiques.”
Une décennie pour en attraper une poignée
Pour être clair, IceCube ne piège pas exactement les neutrinos.
Fondamentalement, cet observatoire nous indique chaque fois qu’un neutrino interagit avec la glace qui l’enveloppe. “Les neutrinos interagissent à peine avec la matière”, a souligné Vandenbrouke. “Mais ils interagissent parfois.”
Alors que des millions de neutrinos jaillissent dans la région glacée où IceCube est installé, au moins un d’entre eux a tendance à se cogner contre un grain de glace, qui se brise et produit un flash de lumière. Les capteurs IceCube capturent ce flash et envoient le signal à la surface, des notifications qui sont ensuite analysées par des centaines de scientifiques.
Un rendu du détecteur IceCube montre l’interaction d’un neutrino avec une molécule de glace.
Collaboration IceCube/NSF
Dix ans de données de flash lumineux ont permis à l’équipe de déterminer à peu près d’où chaque neutrino semble provenir dans le ciel. Il est vite devenu clair qu’il y avait une région dense d’émissions de neutrinos située juste là où la galaxie NGC 1068 est stationnée.
Mais même avec de telles preuves, Resconi a déclaré que l’équipe savait “ce n’est pas le moment d’ouvrir le champagne, car nous avons encore une question fondamentale à répondre. Combien de fois cet alignement s’est-il produit par hasard ? Comment pouvons-nous être sûrs que les neutrinos sont réellement venant d’un tel objet?”
Une carte du ciel du balayage des sources ponctuelles dans l’hémisphère Nord, montrant d’où les neutrinos semblent provenir à travers l’univers. Le cercle de NGC 1068 coïncide également avec le point le plus chaud du ciel du nord.
Collaboration IceCube
Donc, pour rendre les choses aussi concrètes que possible, et vraiment, vraiment prouver que cette galaxie crache des fantômes, “nous avons généré 500 millions de fois la même expérience”, a déclaré Resconi.
Sur quoi, je ne peux qu’imaginer, une bouteille de Veuve a enfin éclaté. Bien que la chasse ne soit pas terminée.
“Nous commençons seulement à effleurer la surface en ce qui concerne la recherche de nouvelles sources de neutrinos”, a déclaré Ignacio Taboada du Georgia Institute of Technology et membre de l’équipe IceCube. “Il doit y avoir de nombreuses autres sources bien plus profondes que NGC 1068, cachées quelque part pour être trouvées.”
