Des astronomes détectent les premières « particules fantômes » de la Voie lactée

Après plus d’une décennie de recherches, l’observatoire de neutrinos IceCube, situé en Antarctique, a enfin détecté des particules à haute énergie provenant de la Voie lactée, éclairant la façon dont les rayons cosmiques façonnent l’Univers.

Neutrinos « locaux »

Le disque de la Voie lactée se révèle incroyablement brillant dans toutes les longueurs d’onde de la lumière, y compris les rayons gamma. Ceux-ci sont généralement accompagnés de neutrinos : des particules élémentaires de masse quasi nulle, notamment produites par des phénomènes cataclysmiques tels que les supernovas. Toutefois, jusqu’à présent, la détection de neutrinos « locaux » s’était révélée impossible en raison de la présence d’un « bruit de fond » récurrent, engendré par des signaux plus forts émanant d’autres galaxies.

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« Il nous a fallu dix ans pour trouver les neutrinos du plan galactique », explique Francis Halzen, chercheur à l’université du Wisconsin-Madison et auteur principal de la nouvelle étude. « C’est totalement contre-intuitif. Un peu comme si vous sortiez la nuit et que vous voyiez un ciel brillant de galaxies actives et lointaines, mais pas de Voie lactée. »

Publiés dans la revue Science, ces nouveaux travaux ont impliqué l’utilisation d’un algorithme d’apprentissage automatique pour passer au peigne fin les données recueillies par IceCube entre 2011 et 2021. Une telle approche a permis de distinguer des signaux auparavant considérés comme du bruit, et d’en retenir environ 20 fois plus que les méthodes précédentes.

Si Halzen et ses collègues ont découvert une émission diffuse de neutrinos à haute énergie provenant de notre propre galaxie, offrant un aperçu fascinant et inédit de cette dernière (image d’en-tête et vidéo ci-dessus), leurs sources spécifiques restent pour l’heure insaisissables.

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Établir l’origine des rayons cosmiques

En règle générale, les neutrinos se forment lorsque les rayons cosmiques, qui sont des particules à haute énergie voyageant dans le cosmos à une vitesse proche de celle de la lumière, entrent en collision avec d’autres formes de matière et créent des gerbes de particules fondamentales et de radiations. Mais l’origine exacte de ces rayons et la manière dont ils atteignent de tels niveaux d’énergie sont depuis longtemps discutées.

De nombreux astrophysiciens pensent qu’ils proviennent d’énormes trous noirs dévorant la matière qui les entoure. Bien qu’il ait connu un net regain d’activité il y a à peine deux siècles, le monstre cosmique supermassif niché au cœur de notre galaxie est actuellement en sommeil, rendant un tel scénario inenvisageable pour les neutrinos récemment détectés par IceCube.

Les chercheurs s’attèlent désormais à remonter la piste des neutrinos à haute énergie afin d’identifier les phénomènes à l’origine des rayons cosmiques dont ils sont issus. « Les rayons cosmiques semblent dominer la structure à haute énergie de notre galaxie, ils jouent clairement un rôle important », souligne Halzen. « Nous disposons désormais d’un outil direct pour identifier leurs sources. »

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