Un énorme observatoire de neutrinos enfoui profondément dans le Glace antarctique n'a découvert que la deuxième source extra-galactique de particules insaisissables jamais découverte.

Dans les résultats publié la semaine dernière dans Sciences, la collaboration IceCube rapporte la détection de neutrinos d'une «galaxie active» appelée NGC 1068, située à quelque 47 millions d'années-lumière de la Terre.

Comment repérer un neutrino

Les neutrinos sont des particules fondamentales très timides qui n'interagissent souvent avec rien d'autre. Lorsqu'ils ont été détectés pour la première fois dans les années 1950, les physiciens se sont vite rendu compte qu'ils seraient à certains égards idéaux pour l'astronomie.

Parce que les neutrinos ont si rarement quelque chose à voir avec d'autres particules, ils peuvent voyager sans entrave à travers l'univers. Cependant, leur timidité les rend également difficiles à détecter. Pour en attraper suffisamment pour être utile, il faut un très gros détecteur.

C'est là qu'IceCube entre en jeu. Au cours de sept étés, de 2005 à 2011, les scientifiques de la station américaine Amundsen–Scott South Pole ont foré 86 trous dans la glace avec une perceuse à eau chaude. Chaque trou mesure près de 2.5 kilomètres de profondeur, environ 60 centimètres de large et contient 60 détecteurs de lumière de la taille d'un ballon de basket attachés à un long câble.

Comment cela nous aide-t-il à détecter les neutrinos ? Parfois, un neutrino heurte un proton ou un neutron dans la glace près d'un détecteur. La collision produit une particule beaucoup plus lourde appelée muon, voyageant si vite qu'elle émet une lueur bleue, que les détecteurs de lumière peuvent capter.

En mesurant le moment où cette lumière arrive à différents détecteurs, la direction d'où viennent les muons (et les neutrinos) peut être calculée. En regardant les énergies des particules, il s'avère que la plupart des neutrinos détectés par IceCube sont créés dans l'atmosphère terrestre.

Cependant, une petite fraction des neutrinos provient de l'espace extra-atmosphérique. En 2022, des milliers de neutrinos provenant de quelque part dans l'univers lointain ont été identifiés.

D'où viennent les neutrinos ?

Ils semblent provenir assez uniformément de toutes les directions, sans qu'aucun point lumineux évident n'apparaisse. Cela signifie qu'il doit y avoir beaucoup de sources de neutrinos là-bas.

Mais quelles sont ces sources ? Il existe de nombreux candidats, des objets aux sonorités exotiques comme les galaxies actives, les quasars, les blazars et les sursauts gamma.

En 2018, IceCube a annoncé la découverte du premier émetteur de neutrinos à haute énergie identifié : un blazar, qui est un type particulier de galaxie qui tire un jet de particules à haute énergie en direction de la Terre.

Connu sous le nom de TXS 0506 + 056, le blazar a été identifié après qu'IceCube a vu un seul neutrino de haute énergie et a envoyé un télégramme urgent d'astronome. D'autres télescopes se sont précipités pour jeter un coup d'œil au TXS 0506+056 et ont découvert qu'il émettait également beaucoup de rayons gamma en même temps.

Cela a du sens, car nous pensons que les blazars fonctionnent en augmentant les protons à des vitesses extrêmes, et ces protons à haute énergie interagissent ensuite avec d'autres gaz et rayonnements pour produire à la fois des rayons gamma et des neutrinos.

Une galaxie active

Le blazar a été la première source extra-galactique jamais découverte. Dans cette nouvelle étude, IceCube a identifié le second.

Les scientifiques d'IceCube ont réexaminé la première décennie de données qu'ils avaient collectées, appliquant de nouvelles méthodes sophistiquées pour extraire des mesures plus précises des directions et de l'énergie des neutrinos.

En conséquence, une tache lumineuse déjà intéressante dans la lueur de fond des neutrinos est devenue plus nette. Environ 80 neutrinos provenaient d'une galaxie assez proche et bien étudiée appelée NGC 1068 (également connue sous le nom de M77, car il s'agit de la 77e entrée du célèbre catalogue du XVIIIe siècle d'objets astronomiques intéressants créé par l'astronome français Charles Messier).

Située à environ 47 millions d'années-lumière de la Terre, NGC 1068 est une «galaxie active» connue, une galaxie avec un noyau extrêmement brillant. Il est environ 100 fois plus proche que le blazar TXS 0506 + 056, et son angle par rapport à nous signifie que les rayons gamma de son noyau sont obscurcis de notre vue par la poussière. Cependant, les neutrinos se précipitent joyeusement à travers la poussière et dans l'espace.

Cette nouvelle découverte fournira une mine d'informations aux astrophysiciens et aux astronomes sur ce qui se passe exactement à l'intérieur de NGC 1068. Il existe déjà des centaines d'articles tentant d'expliquer le fonctionnement du noyau interne de la galaxie, et les nouvelles données IceCube ajoutent des informations sur les neutrinos qui contribuera à affiner ces modèles.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

Crédit image: NASA / ESA / A. van der Hoeven