Première détection d’une "particule fantôme" provenant d’une étoile déchiquetée
On en sait maintenant un peu plus sur le cosmos, grâce à des recherches impliquant des neutrinos dans l’espace, un trou noir dévorant une étoile et un IceCube qui a détecté la particule…
Des chercheurs du Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), en Allemagne, ont détecté le fantôme d’une étoile sous la forme d’une insaisissable particule, le neutrino, éjecté des débris d’un trou noir qui a dévoré une étoile.
Le neutrino est le premier à avoir été découvert à la suite de ce type d’événement, ce qui suggère que la collision céleste a également agi comme un gigantesque accélérateur de particules cosmiques.
Dans leur étude (lien plus bas), les chercheurs ont estimé que le trou noir était à peu près aussi grand que 30 millions de soleils, et que l’immense force gravitationnelle a attrapé un soleil et l’a attiré à l’intérieur. Mais la force exercée sur l’étoile n’était pas uniforme, ce qui a conduit à une déformation et à une éventuelle désintégration.
Selon Robert Stein de DESY et de l’université Humbolt de Berlin, qui a dirigé l’étude :
La force de gravité devient de plus en plus forte, plus on se rapproche de quelque chose. Cela signifie que la gravité du trou noir tire le côté proche de l’étoile plus fortement que le côté éloigné, ce qui entraîne un effet d’étirement.
Cette différence s’appelle une force de marée, et à mesure que l’étoile se rapproche, cet étirement devient plus extrême.
Finalement, cela déchiquette l’étoile, et nous appelons cela un événement de perturbation par la marée. C’est le même processus qui entraîne les marées océaniques sur la Terre, mais heureusement pour nous, la Lune ne tire pas assez fort pour déchiqueter la Terre.
Environ la moitié des débris d’étoiles détruites se sont déposés sous la forme d’un disque tourbillonnant autour du trou noir en raison de sa gravité massive, tandis que le reste a été projeté dans l’espace.
À mesure que l’étoile s’approche du trou noir, les énormes forces de marée l’étirent de plus en plus jusqu’à ce qu’elle soit finalement déchiquetée. La moitié des débris stellaires est projetée dans l’espace, tandis que l’autre partie forme un disque d’accrétion en rotation d’où s’échappent deux puissants flux de matière qui montent et descendent. Le système agit comme un puissant accélérateur naturel de particules. Les scientifiques ont capturé un seul neutrino projeté vers la Terre par le système. (DESY, Science Communication Lab)
A l’intérieur du disque tourbillonnant, appelé disque d’accrétion, les particules de poussière d’étoile se sont écrasées et ont formé de nouvelles particules. Ce « moteur » lançait des jets de matière et de particules, dont notre neutrino voyageur.
La plupart des particules projetées lors de ces événements sont chargées électriquement, et sont tirées et poussées par d’autres champs magnétiques dans l’espace et ont du mal à atteindre la Terre. Le neutrino chargé de façon neutre, cependant, a pu voyager directement, même au cœur d’autres galaxies.
Une vue du disque d’accrétion autour du trou noir supermassif, avec des structures en forme de jet qui s’éloignent du disque. (DESY/ Science Communication Lab)
L’odyssée du neutrino a commencé lors d’un tel événement de rupture par effet de marée il y a au moins 700 millions d’années, dans une galaxie inconnue de la constellation du Dauphin. En octobre 2019, il a été enregistré par le détecteur de neutrinos IceCube au pôle Sud.
Selon Anna Franckowiak, du DESY et coauteure de l’étude :
Il s’est écrasé dans la glace de l’Antarctique avec une énergie remarquable de plus de 100 téraélectronvolts.
À titre de comparaison, c’est au moins dix fois l’énergie maximale des particules qui peut être atteinte dans le plus puissant accélérateur de particules au monde, le Grand collisionneur de hadrons du laboratoire européen de physique des particules CERN, près de Genève.
Le détecteur de neutrinos IceCube détecte régulièrement des neutrinos, mais on ne sait pas toujours d’où ils proviennent.
Dans le cas présent, cependant, la détection antérieure de l’événement de rupture par effet de marée a aidé l’équipe à réaliser que les deux événements étaient liés. Ils ont estimé qu’il n’y avait qu’une chance sur 500 que le voyage du neutrino et la gloutonnerie cosmique soient liés de manière fortuite.
Selon Stein :
C’est le premier neutrino lié à un événement de perturbation de marée, et cela nous apporte de précieuses preuves. Les événements de perturbation des marées ne sont pas bien compris. La détection du neutrino indique l’existence d’un moteur central puissant près du disque d’accrétion, qui crache des particules rapides.
Leur nouveau modèle apporte des réponses à la question séculaire de savoir d’où proviennent les rayons cosmiques à ultra-haute énergie.
Les deux études ont été publiées dans Nature Astronomy :
Et présentées sur le site du Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY : Ghost particle from shredded star reveals cosmic particle accelerator, le site de l’Université de New-York : Scientists Link Star-Shredding Event to Origins of Universe’s Highest-Energy Particles et sur le site du Zwicky Transient Facility (ZTF) : A hungry black hole first discovered by ZTF is the likely source of a rare neutrino.
