Une collaboration de scientifiques d’IceCube, le plus grand observatoire de neutrinos au monde situé dans les profondeurs de l’Antarctique, a obtenu pour la première fois des preuves solides que la Voie lactée est une source d’émission de neutrinos de haute énergie. Cette découverte, publiée aujourd’hui dans la revue Scienceconfirme les prédictions théoriques faites il y a plus de 40 ans et ouvre la voie à l’étude de l’origine des rayons cosmiques galactiques, des flux de particules chargées se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière.
L’équipe de recherche a appliqué des techniques de l’apprentissage automatique sur plus de 10 ans de données de l’observatoire pour identifier des neutrinos qui n’avaient pas été détectés jusqu’à présent. Ce traitement a finalement confirmé la détection de neutrinos galactiques provenant du disque de la Voie lactée : « Aucune tentative antérieure ne s’était approchée d’un niveau de signification statistique », déclare Francis Halzen, chercheur principal à l’observatoire IceCube et co-auteur de l’article dans la revue Science.
« L’existence de ce signal longtemps recherché ouvre la voie à l’avenir de l’astrophysique des particules dans notre galaxie », note Luigi Antonio Fusco, professeur d’astrophysique des particules à l’université de Salerne, en Italie, dans une analyse de au constat également publié aujourd’hui dans Science. « L’observation des neutrinos dans la galaxie nous en apprend beaucoup sur ce que font les rayons cosmiques lorsqu’ils se déplacent dans la Voie lactée », déclare l’expert, qui n’a pas participé à la recherche, dans un courriel adressé à La Vanguardia.
Les neutrinos sont des traceurs des sources de rayons cosmiques ».
Les neutrinos, particules extrêmement légères et non chargées électriquement, sont générés dans l’Univers lorsque les rayons cosmiques interagissent avec le milieu interstellaire, c’est-à-dire les nuages de gaz et de poussière entre les étoiles. Au cours de ces mêmes processus, des rayonnements électromagnétiques très énergétiques, appelés rayons gamma, sont également émis.
Jusqu’à présent, plusieurs groupes de scientifiques ont été en mesure d’identifier le rayonnement provenant du disque galactique, mais.., au-delà des indicesn’avaient pas trouvé de preuve solide que des neutrinos étaient également émis. Étant donné que les rayons gamma peuvent avoir d’autres origines que les rayons cosmiques, la découverte d’aujourd’hui est essentielle pour garantir une telle origine.
Comprendre les rayons cosmiques
Les rayons cosmiques qui atteignent la Terre sont étudiés et mesurés depuis des années. Cependant, l’identification de leur origine est une tâche très compliquée, car ils ne suivent pas une ligne droite lors de leur voyage à travers la galaxie. En tant que particules chargées, leur trajectoire est constamment déviée par les champs magnétiques des étoiles et d’autres objets célestes, ce qui rend impossible le suivi de leur trajectoire.
Les neutrinos, en revanche, n’étant pas chargés, se déplacent en ligne droite et ont en outre l’avantage de n’avoir pratiquement aucune interaction avec le milieu interstellaire, contrairement au rayonnement, qui peut être bloqué par le gaz et la poussière. Par conséquent, les neutrinos créés à partir des rayons cosmiques et qui partent en direction de notre planète l’atteindront et, si nous sommes en mesure de mesurer leur trajectoire, ils pourront nous indiquer leur origine, révélant ainsi des données sur les rayons cosmiques initiaux.
La découverte présentée aujourd’hui dans Science n’est pas aussi détaillé, mais il pose un premier jalon sur cette voie. Les membres de la collaboration IceCube n’ont pas été en mesure d’établir avec précision l’origine des neutrinos détectés, bien que l’interprétation la plus plausible des données, selon les auteurs eux-mêmes, soit qu’il s’agit d’une émission diffuse. En d’autres termes, les rayons cosmiques ont interagi avec de la matière en traversant le disque galactique, loin de leur lieu d’origine.
L’un des principaux objectifs de l’astronomie des neutrinos est d’identifier les sources ponctuelles de ces particules. Les trouver « impliquerait d’identifier des sources individuelles de rayons cosmiques galactiques, ce qui est le but ultime de l’astrophysique des particules », explique M. Fusco, qui participe à la recherche de neutrinos depuis 10 ans.
« Les neutrinos sont des traceurs des sources de rayons cosmiques », ajoute Halzen. « Les astronomes ont observé des sources de rayons gamma de très haute énergie qui sont des sources potentielles de rayons cosmiques », explique le chercheur, dont l’objectif est de confirmer « que certaines d’entre elles sont des sources de rayons cosmiques en détectant l’émission de neutrinos ».
Cependant, ces prochaines étapes sont encore loin d’être franchies. Pour identifier les sources ponctuelles, nous avons besoin d’une meilleure précision angulaire », ajoute-t-il. […] que celle obtenue avec IceCube », explique M. Fusco, de l’université de Salerne. « C’est l’objectif de la prochaine génération de télescopes à neutrinos, comme KM3NeT, qui est en cours de construction dans la mer Méditerranée », conclut-il.
« Les données d’IceCube suggèrent qu’il existe une multitude de sources à découvrir avec un instrument plus sensible », convient le chercheur principal de l’observatoire.
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