Pour la première fois, une équipe internationale de scientifiques a trouvé des preuves de l’émission de neutrinos de haute énergie de NGC 1068, également connue sous le nom de Messier 77, une galaxie active dans la constellation de la Cetus et l’une des galaxies les plus familières et les mieux étudiées à ce jour. Repérée pour la première fois en 1780, cette galaxie, située à 47 millions d’années-lumière de nous, peut être observée avec de grandes jumelles.
Les résultats, qui seront publiés le 4 novembre 2022, dans La scienceont été partagés aujourd’hui dans un webinaire scientifique en ligne qui a réuni des experts, des journalistes et des scientifiques du monde entier.
La détection a été faite à l’IceCube Neutrino Observatory, un énorme télescope à neutrinos englobant 1 milliard de tonnes de glace instrumentée à des profondeurs de 1,5 à 2,5 kilomètres sous la surface de l’Antarctique près du pôle Sud.
Ce télescope unique, qui explore les confins de notre univers à l’aide de neutrinos, a signalé la première observation d’une source de neutrinos astrophysique à haute énergie en 2018. La source, TXS 0506+056, est un blazar connu situé sur l’épaule gauche d’Orion. constellation et à 4 milliards d’années-lumière.
Cette vidéo illustre comment les neutrinos IceCube nous ont donné un premier aperçu des profondeurs intérieures de la galaxie active, NGC 1068. Crédit : Diogo da Cruz, avec le son de Fallon Mayanja et la voix de Georgia Kaw
« Un neutrino peut identifier une source. Mais seule une observation avec plusieurs neutrinos révélera le noyau obscur des objets cosmiques les plus énergétiques », explique Francis Halzen, professeur de physique à l’Université du Wisconsin-Madison et chercheur principal d’IceCube.
Il ajoute : « IceCube a accumulé quelque 80 neutrinos d’énergie téraélectronvolt provenant de NGC 1068, qui ne sont pas encore suffisants pour répondre à toutes nos questions, mais ils sont certainement la prochaine grande étape vers la réalisation de l’astronomie des neutrinos. »
Contrairement à la lumière, les neutrinos peuvent s’échapper en grand nombre d’environnements extrêmement denses dans l’univers et atteindre la Terre en grande partie sans être dérangés par la matière et les champs électromagnétiques qui imprègnent l’espace extragalactique. Bien que les scientifiques aient envisagé l’astronomie des neutrinos il y a plus de 60 ans, la faible interaction des neutrinos avec la matière et le rayonnement rend leur détection extrêmement difficile. Les neutrinos pourraient être la clé de nos questions sur le fonctionnement des objets les plus extrêmes du cosmos.
« Répondre à ces questions de grande envergure sur l’univers dans lequel nous vivons est l’un des principaux objectifs de la National Science Foundation des États-Unis », a déclaré Denise Caldwell, directrice de la division de physique de la NSF.
Comme c’est le cas avec notre galaxie d’origine, la Voie lactée, NGC 1068 est une galaxie spirale barrée, avec des bras légèrement enroulés et un renflement central relativement petit. Cependant, contrairement à la Voie lactée, NGC 1068 est une galaxie active où la plupart des radiations ne sont pas produites par les étoiles mais dues à la chute de matière dans un trou noir des millions de fois plus massif que notre soleil et encore plus massif que le trou noir inactif au centre. de notre galaxie.
NGC 1068 est une galaxie active, de type Seyfert II en particulier, vue de la Terre sous un angle qui obscurcit sa région centrale où se trouve le trou noir. Dans une galaxie Seyfert II, un tore de poussière nucléaire obscurcit la majeure partie du rayonnement de haute énergie produit par la masse dense de gaz et de particules qui se dirige lentement vers le centre de la galaxie.
« Des modèles récents de l’environnement des trous noirs dans ces objets suggèrent que le gaz, la poussière et le rayonnement devraient bloquer les rayons gamma qui, autrement, accompagneraient les neutrinos », explique Hans Niederhausen, associé postdoctoral à la Michigan State University et l’un des principaux analyseurs de le papier. « Cette détection de neutrinos à partir du cœur de NGC 1068 améliorera notre compréhension des environnements autour des trous noirs supermassifs. »
NGC 1068 pourrait devenir une bougie standard pour les futurs télescopes à neutrinos, selon Theo Glauch, postdoctorant à l’Université technique de Munich (TUM), en Allemagne, et autre analyseur principal.
« C’est déjà un objet très bien étudié pour les astronomes, et les neutrinos nous permettront de voir cette galaxie d’une manière totalement différente. Une nouvelle vue apportera certainement de nouvelles perspectives », déclare Glauch.
Ces résultats représentent une amélioration significative par rapport à une étude antérieure sur NGC 1068 publiée en 2020, selon Ignacio Taboada, professeur de physique au Georgia Institute of Technology et porte-parole de la collaboration IceCube.
« Une partie de cette amélioration est due à des techniques améliorées et une partie à une mise à jour minutieuse de l’étalonnage du détecteur », explique Taboada. « Le travail des équipes d’exploitation et d’étalonnage des détecteurs a permis de meilleures reconstructions directionnelles des neutrinos pour localiser précisément NGC 1068 et permettre cette observation. La résolution de cette source a été rendue possible grâce à des techniques améliorées et des étalonnages raffinés, résultat du travail acharné de la collaboration IceCube. »
L’analyse améliorée montre la voie vers des observatoires de neutrinos supérieurs qui sont déjà en chantier.
« C’est une excellente nouvelle pour l’avenir de notre domaine », déclare Marek Kowalski, collaborateur d’IceCube et chercheur principal chez Deutsches Elektronen-Synchrotron, en Allemagne. « Cela signifie qu’avec une nouvelle génération de détecteurs plus sensibles, il y aura beaucoup à découvrir. Le futur observatoire IceCube-Gen2 pourrait non seulement détecter beaucoup plus de ces accélérateurs de particules extrêmes, mais permettrait également leur étude à des énergies encore plus élevées. C’est comme si IceCube nous a remis une carte vers un trésor. »
Avec les mesures de neutrinos de TXS 0506+056 et NGC 1068, IceCube fait un pas de plus vers la réponse à la question centenaire de l’origine des rayons cosmiques. De plus, ces résultats impliquent qu’il peut y avoir beaucoup plus d’objets similaires dans l’univers encore à identifier.
« Le dévoilement de l’univers obscur vient de commencer, et les neutrinos sont prêts à ouvrir une nouvelle ère de découvertes en astronomie », déclare Elisa Resconi, professeur de physique à TUM et autre analyseur principal.
« Il y a plusieurs années, la NSF a lancé un projet ambitieux visant à élargir notre compréhension de l’univers en combinant des capacités établies en optique et radioastronomie avec de nouvelles capacités pour détecter et mesurer des phénomènes tels que les neutrinos et les ondes gravitationnelles », explique Caldwell.
« L’identification par l’IceCube Neutrino Observatory d’une galaxie voisine comme source cosmique de neutrinos n’est que le début de ce nouveau domaine passionnant qui promet un aperçu de la puissance non découverte des trous noirs massifs et d’autres propriétés fondamentales de l’univers. »
Plus d’information:
Preuve de l’émission de neutrinos de la galaxie active voisine NGC 1068, La science (2022). DOI : 10.1126/science.abg3395. www.science.org/doi/10.1126/science.abg3395
Kohta Murase, Neutrinos dévoilent des activités galactiques cachées, La science (2022). DOI : 10.1126/science.ade4190. www.science.org/doi/10.1126/science.ade4190