Un portrait neutrino de notre galaxie révèle des particules de haute énergie provenant de la Voie lactée

Notre galaxie de la Voie lactée est une caractéristique impressionnante du ciel nocturne, visible à l’œil nu comme une bande brumeuse d’étoiles s’étendant d’un horizon à l’autre.

Pour la première fois, l’observatoire de neutrinos IceCube en Antarctique a produit une image de la Voie lactée à l’aide de neutrinos, de minuscules messagers astronomiques ressemblant à des fantômes.

Dans une recherche publiée le 29 juin dans la revue Sciencela collaboration IceCube – un groupe international de plus de 350 scientifiques – présente des preuves d’émission de neutrinos de haute énergie provenant de la Voie lactée.

Nous n’avons pas encore déterminé exactement d’où viennent ces particules dans notre galaxie. Mais le résultat d’aujourd’hui nous rapproche de la découverte de certains des environnements les plus extrêmes de la galaxie.

Astronomie des neutrinos

Les neutrinos offrent une vue unique sur le cosmos car ils peuvent voyager directement d’endroits d’où aucun autre rayonnement ou particule ne peut s’échapper. Cela les rend très intéressants pour les astronomes, car les neutrinos offrent une fenêtre sur les environnements cosmiques extrêmes qui créent un autre type de particules appelées rayons cosmiques.

Les rayons cosmiques sont des particules de haute énergie qui imprègnent notre univers, mais leurs origines sont difficiles à cerner. Les rayons cosmiques sont chargés électriquement, ce qui signifie que leur chemin à travers l’espace est brouillé par des champs magnétiques, et au moment où l’on arrive sur Terre, il n’y a aucun moyen de dire d’où ils viennent.

Cependant, les environnements qui accélèrent les rayons cosmiques à des énergies extraordinaires produisent également des neutrinos – et les neutrinos n’ont pas de charge électrique, ils voyagent donc en belles lignes droites. Donc, si nous pouvons détecter le chemin des neutrinos arrivant sur Terre, cela indiquera l’endroit où les neutrinos ont été créés.

Mais détecter ces neutrinos n’est pas si facile.

Comment chasser les neutrinos

L’observatoire IceCube Neutrino n’est pas loin du pôle Sud. Il utilise plus de 5 000 capteurs de lumière répartis sur un kilomètre cube de glace antarctique vierge pour rechercher des signes de neutrinos de haute énergie de notre galaxie et au-delà.

Un grand nombre de neutrinos traversent la Terre en permanence, mais seule une infime partie d’entre eux se heurtent à quoi que ce soit sur leur chemin.

Chaque interaction de neutrinos produit un minuscule éclair de lumière, et ces minuscules éclairs sont ce que recherchent les capteurs IceCube. La direction et l’énergie du neutrino peuvent être déterminées à partir de la quantité et du motif de lumière détecté.

IceCube a déjà détecté des neutrinos de haute énergie provenant de l’extérieur de la Voie lactée. Cependant, il a été plus difficile d’isoler les neutrinos de basse énergie provenant de notre galaxie.

En effet, certains flashs détectés par IceCube peuvent être attribués à des rayons cosmiques frappant l’atmosphère terrestre, qui créent des neutrinos et d’autres particules appelées muons. Pour filtrer ces flashs, les chercheurs d’IceCube ont développé des moyens de distinguer les particules créées dans l’atmosphère et celles provenant de plus loin par la forme des motifs lumineux qu’elles créent dans la glace.

Le filtrage des détections indésirables a rendu IceCube plus sensible aux neutrinos astrophysiques. La percée finale qui a permis la création d’une image neutrino de la Voie lactée est venue des méthodes d’apprentissage automatique qui améliorent l’identification des cascades de lumière produites par les neutrinos, ainsi que la détermination de la direction et de l’énergie du neutrino.

Se rapprocher des rayons cosmiques

La nouvelle lentille à neutrinos sur notre galaxie aidera à révéler où se trouvent les accélérateurs les plus puissants de rayons cosmiques galactiques. Nous espérons apprendre à quel point ces particules peuvent devenir énergétiques et connaître le fonctionnement interne de ces moteurs galactiques à haute énergie.

Cependant, nous devons encore identifier ces accélérateurs dans la Voie lactée. La nouvelle analyse IceCube a trouvé des preuves de neutrinos provenant de vastes régions de la galaxie, mais n’a pas été en mesure de discerner des sources individuelles.

Notre équipe, à l’Université de Canterbury en Nouvelle-Zélande et à l’Université d’Adélaïde en Australie, a un plan pour réaliser cette prochaine étape.

Nous créons des modèles pour prédire le signal de neutrinos à proximité d’accélérateurs de particules probables afin de pouvoir cibler nos recherches de neutrinos.

Étudiante de premier cycle Rhia Hewett et Ph.D. l’étudiant Ryan Burley examine des paires de candidats accélérateurs et de nuages ​​de poussière moléculaire. Ils prévoient d’estimer le flux de neutrinos produits par les rayons cosmiques interagissant dans les nuages, après le voyage des neutrinos depuis les accélérateurs.

Ils utiliseront leurs résultats pour permettre une recherche ciblée des données IceCube sur les sources d’émissions de neutrinos. Nous pensons que cela fournira la clé de l’utilisation d’IceCube pour percer les secrets des processus les plus énergétiques de la Voie lactée.

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