Les scientifiques de l’IceCube dressent une carte des neutrinos de la Voie lactée
Sous la glace du pôle Sud se trouve un télescope qui ne capte ni la lumière ni les ondes radio, mais des particules fantômes.
Image d’entête : la vue des neutrinos (carte du ciel bleu) devant une représentation d’artiste de la Voie lactée. (IceCube Collaboration/Science Communication Lab for CRC 1491)
Ce télescope, appelé observatoire de neutrinos IceCube, vient d’analyser 10 ans de données à l’aide de nouvelles techniques d’apprentissage automatique et il a trouvé des preuves d’émissions de neutrinos en provenance de la Voie lactée. Il a même été en mesure de créer la première « image » de la Voie lactée à partir de ces résultats.
Si cela se confirme, les scientifiques disposeraient d’une source de rayons cosmiques qu’ils recherchent depuis longtemps.
Selon Denise Caldwell, de la National Science Foundation des États-Unis et coauteure de l’étude (lien plus bas) :
Comme c’est souvent le cas, les percées scientifiques importantes sont rendues possibles par les progrès technologiques. Les capacités offertes par le détecteur ultra-sensible IceCube, associées à de nouveaux outils d’analyse des données, nous ont permis d’avoir une vision entièrement nouvelle de notre galaxie, une vision qui n’avait été qu’ébauchée auparavant.
Au fur et à mesure que ces capacités s’affinent, nous pouvons nous attendre à voir cette image émerger avec une résolution de plus en plus grande, révélant potentiellement des caractéristiques cachées de notre galaxie.
Représentation artistique de l’émission de neutrinos à partir du plan galactique avec une vue sur le IceCube Lab. (IceCube/ NSF Photo originale prise par Martin Wolf)
Les neutrinos sont des particules difficiles à capturer. Ils ont une énergie élevée, mais pas de charge électrique et presque pas de masse. Ils peuvent se déplacer à une vitesse proche de celle de la lumière et traverser des planètes entières sans interagir avec. Les scientifiques estiment que des billions de neutrinos traversent notre corps chaque seconde.
L’un des moyens de les détecter est d’utiliser de grands télescopes comme l’observatoire de neutrinos IceCube, qui se trouve à 2,5 km sous la glace et qui peut détecter la création occasionnelle de particules chargées par les neutrinos. Mais il n’y a pas qu’un seul type de neutrino.
Selon les scientifiques dans leur nouvelle étude :
Les recherches de sources de neutrinos en astrophysique sont affectées par un arrière-plan écrasant de muons et de neutrinos produits par les interactions entre les rayons cosmiques et l’atmosphère terrestre. Les muons atmosphériques dominent cet arrière-plan ; IceCube enregistre environ 100 millions de muons pour chaque neutrino astrophysique observé.
Pire encore, les rayons cosmiques produits dans la Voie lactée arrivent de directions aléatoires, ce qui signifie qu’il est incroyablement difficile de confirmer leur provenance exacte.
Cependant, après avoir utilisé les dix années de données d’IceCube et un nouveau modèle d’apprentissage automatique, l’équipe a trouvé des émissions de neutrinos provenant du plan galactique de la Voie lactée avec un niveau de certitude de 4,5 sigma (soit une chance sur 3,5 millions que les résultats soient une coïncidence statistique).
Chaque image montre l’ensemble du plan galactique dans une bande de ±15◦ de latitude galactique, chaque image ayant une échelle de couleurs unique. Les panneaux, de haut en bas, sont : 1) la vue dans le domaine optique, qui est partiellement obscurcie par les nuages de gaz et de poussière qui absorbent les photons optiques, 2) le flux intégré dans les rayons gamma tel que vu par le relevé Fermi-LAT de 12 ans, 3) le modèle d’émission pour le flux de neutrinos attendu, pris pour correspondre au modèle des mesures Fermi-LAT, 4) le modèle d’émission de l’encadré 3 associé à la détection des neutrinos en cascade par le détecteur IceCube et 5) l’importance des essais préliminaires du balayage de l’ensemble du ciel pour les sources ponctuelles en utilisant l’échantillon des neutrinos en cascade dans la même bande du plan galactique.
Les scientifiques devront atteindre un niveau de sigma 10 pour confirmer leurs découvertes. Bien qu’ils sachent que les émissions proviennent de la Voie lactée, ils n’ont pas non plus la position exacte de l’endroit de la galaxie d’où elles proviennent. C’est sur ce point que les chercheurs vont travailler.
Représentation artistique de la Voie lactée vue avec une lentille à neutrinos (bleu). (IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier))
Selon Naoko Kurahashi Neilson, professeur de physique à l’université Drexel de Philadelphie (États-Unis) et membre de l’équipe IceCube :
Observer notre propre galaxie pour la première fois en utilisant des particules au lieu de la lumière est un grand pas en avant. Au fur et à mesure que l’astronomie des neutrinos évoluera, nous disposerons d’une nouvelle lentille pour observer l’univers.
La recherche a été publiée dans Science : Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane et présentée sur le site de l’Université du Wisconsin à Madison : IceCube shows Milky Way galaxy is a neutrino desert.