Les nouvelles technologies ont fourni aux astronomes de nouvelles façons de scruter l’univers et d’obtenir des informations cachées à l’œil nu. De la lumière visible des étoiles aux fréquences radio qui permettent de déterminer la composition des exoplanètes, la détection de différentes formes de rayonnement et de particules permet une connaissance toujours plus approfondie du cosmos. Aujourd’hui, une nouvelle étape nous permet de contempler la première « photographie » de notre galaxie, la Voie lactée, vue à travers le neutrinosconnu comme ‘particules fantômes‘ qui traversent la Terre sans être détectés.
La découverte est le résultat d’une collaboration entre des chercheurs qui ont utilisé le Observatoire de neutrinos IceCube, situé à la base polaire Amundsen-Scott en Antarctique. Ce gigantesque observatoire peut détecter les signaux subtils produits par les neutrinos de haute énergie qui précèdent l’espace grâce à un réseau de milliers de capteurs connectés enfouis à des profondeurs d’un kilomètre cube sous la glace. Les résultats, présentés à l’Université de Drexel, sont publiés dans la revue Science.
« IceCube surprend à nouveau presser intelligemment vos données pour apporter une nouvelle découverte : la première preuve de neutrinos de haute énergie en provenance de notre galaxie », se réjouit Carlos Pobes, chercheur postdoctoral du groupe Q-MAD à l’Institut des nanosciences et des matériaux d’Aragon (INMA), dans des déclarations à Science Media Centre.
[El sorprendente telescopio formado por 6.000 esferas sumergidas en el mar a 3,5 kilómetros de profundidad]
Comme l’explique Pobes, IceCube avait déjà réussi à identifier les premières sources de neutrinos de très haute énergie : ce sont les «trous noirs supermassifs à l’intérieur de galaxies lointaines (appelées blazars) qui émettent des neutrinos au-dessus de 100 TeV, où le signal peut être distingué avec une certaine confiance du bruit de fond produit par les muons et les neutrinos atmosphériques. » Cependant, les sources galactiques de neutrinos émettent dans des gammes d’énergie 100 fois plus petites, et sont difficiles à détecter même pour les systèmes polaires sensibles.
Les chercheurs ont développé un algorithme d’apprentissage automatique capable de détecter l’apparition de traces de neutrinos d’origine galactique, qui apparaissaient sur les capteurs sous la forme d’une cascade de « pompons de lumière » selon le professeur Kurahashi Neilson. L’algorithme développé par son équipe a réussi à détecter jusqu’à 60 000 de ces chutes d’eau et à comparer les données entre elles. Cela leur a permis de localiser, après deux ans de comparaison minutieuse, le ‘des points lumineux‘ de la galaxie d’où ces particules semblaient provenir.
Image de la Voie lactée à partir de la lumière visible (en haut) et des neutrinos (en bas). Collaboration IceCube/US National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)
« Il faut rappeler que, de par sa localisation, et bien que cela puisse paraître paradoxal, IceCube est plus sensible aux ciel de l’hémisphère nord qu’au sud où se situe le centre de notre galaxie », précise le chercheur de l’INMA. Ainsi, ces points détectés dans la Voie lactée correspondaient à des émissions de rayons gamma produites par la collision entre rayons cosmiques et gaz interstéraux, mais ils sont plus fréquents au centre de la galaxie. Ce phénomène serait également à l’origine de neutrinos galactiques selon les chercheurs.
« La détection correspond à ce que l’on appelle l’émission diffuse, c’est-à-dire neutrinos générés par la désintégration des rayons cosmiques galactiques d’origine incertaine car ils ont été déviés par les champs magnétiques de la galaxie. La collaboration a également effectué une recherche de sources spécifiques pour ces neutrinos, mais leurs résultats, malgré quelques faibles indications, ne sont pas concluants à cet égard. Il n’a pas non plus été possible d’établir lequel des modèles considérés fonctionne dans notre galaxie », explique Pobes.
« La principale contribution reste atmosphérique, mais elle confirme la nécessité d’inclure les neutrinos de notre galaxie pour expliquer les données, un résultat complètement nouveau et très pertinent », souligne-t-il. « En attendant la construction d’IceCube-Gen2 (la future extension du télescope) ou le démarrage de KM3NeT (télescope similaire en Méditerranéequi aura une plus grande sensibilité dans le direction du centre de notre galaxie), la collaboration continue de fournir des résultats de classe mondiale qui aideront à comprendre les objets et les phénomènes les plus violents de l’univers. »
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