Les astrophysiciens russes ont failli déterminer l'origine des neutrinos de haute énergie depuis l'espace. L'équipe a comparé les données sur les particules insaisissables recueillies par l'observatoire de neutrinos antarctiques IceCube et sur les longues ondes électromagnétiques mesurées par les radiotélescopes. Les neutrinos cosmiques se sont avérés être liés à des éruptions au centre de galaxies actives lointaines, qui abriteraient des trous noirs supermassifs. Alors que la matière tombe vers le trou noir, une partie est accélérée et éjectée dans l'espace, donnant lieu à des neutrinos qui traversent ensuite l'univers à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.

L'étude est publiée dans le Journal d'astrophysique et est également disponible à partir du référentiel de préimpression arXiv.

Les neutrinos sont des particules mystérieuses si minuscules que les chercheurs ne connaissent même pas leur masse. Ils traversent sans effort les objets, des gens et même des planètes entières. Les neutrinos de haute énergie sont créés lorsque les protons accélèrent presque à la vitesse de la lumière.

Les astrophysiciens russes se sont concentrés sur les origines des neutrinos de très haute énergie à 200 000 milliards d'électrons-volts ou plus. L'équipe a comparé les mesures de l'installation IceCube, enterré dans les glaces de l'Antarctique, avec un grand nombre d'observations radio. Les particules insaisissables se sont avérées émerger lors d'éruptions de radiofréquences au centre des quasars.

Les quasars sont des sources de rayonnement au centre de certaines galaxies. Ils consistent en un trou noir massif qui consomme de la matière flottant dans un disque autour de lui et crache des jets de gaz ultra chauds extrêmement puissants.

"Nos résultats indiquent que les neutrinos de haute énergie naissent dans les noyaux galactiques actifs, en particulier pendant les fusées éclairantes radio. Étant donné que les neutrinos et les ondes radio se déplacent à la vitesse de la lumière, ils atteignent la Terre simultanément, " a déclaré le premier auteur de l'étude, Alexander Plavin.

Plavin est titulaire d'un doctorat. étudiant à l'Institut de physique Lebedev de l'Académie des sciences de Russie (RAS) et à l'Institut de physique et de technologie de Moscou. En tant que tel, il est l'un des rares jeunes chercheurs à obtenir des résultats de cette envergure au début de leur carrière scientifique.

Les neutrinos viennent d'où personne ne s'y attendait

Après avoir analysé une cinquantaine d'événements neutrinos détectés par IceCube, l'équipe a montré que ces particules proviennent de quasars brillants vus par un réseau de radiotélescopes autour de la planète. Le réseau utilise la méthode la plus précise pour observer les objets distants dans la bande radio :l'interférométrie à très longue base. Cette méthode crée essentiellement un télescope géant en plaçant de nombreuses antennes autour du globe. Parmi les plus grands éléments de ce réseau se trouve le télescope de 100 mètres de la Max Planck Society à Effelsberg.

En outre, l'équipe a émis l'hypothèse que les neutrinos ont émergé lors des éruptions radio. Pour tester cette idée, les physiciens ont étudié les données du radiotélescope russe RATAN-600 dans le Caucase du Nord. L'hypothèse s'est avérée hautement plausible malgré l'hypothèse courante selon laquelle les neutrinos de haute énergie sont censés provenir des rayons gamma.

"Des recherches antérieures sur les origines des neutrinos de haute énergie avaient cherché leur source juste sous le feu des projecteurs." Nous avons pensé tester une idée non conventionnelle, mais avec peu d'espoir de succès. Mais nous avons eu de la chance, " dit Yuri Kovalev de l'Institut Lebedev, MIPT, et l'Institut Max Planck de radioastronomie. "Les données d'années d'observations sur les réseaux de radiotélescopes internationaux ont permis cette découverte très excitante, et la bande radio s'est avérée cruciale pour déterminer les origines des neutrinos. »

"En premier, les résultats semblaient trop beaux pour être vrais, mais après avoir soigneusement réanalysé les données, nous avons confirmé que les événements neutrinos étaient clairement associés aux signaux captés par les radiotélescopes, " a ajouté Sergey Troitsky de l'Institut de recherche nucléaire de RAS. " Nous avons vérifié cette association sur la base des données d'observations de plusieurs années du télescope RATAN de l'observatoire spécial d'astrophysique RAS, et la probabilité que les résultats soient aléatoires n'est que de 0,2 %. C'est un vrai succès pour l'astrophysique des neutrinos, et notre découverte appelle maintenant des explications théoriques."

L'équipe a l'intention de revérifier les résultats et de comprendre le mécanisme derrière les origines des neutrinos dans les quasars en utilisant les données de Baikal-GVD, un détecteur sous-marin de neutrinos dans le lac Baïkal, qui est en phase finale de construction et déjà en partie opérationnel. Les détecteurs dits Cherenkov, utilisé pour détecter les neutrinos, y compris IceCube et Baikal-GVD, s'appuie sur une grande masse d'eau ou de glace comme moyen à la fois de maximiser le nombre d'événements de neutrinos et d'empêcher les capteurs de se déclencher accidentellement. Bien sûr, des observations continues de galaxies lointaines avec des radiotélescopes sont également cruciales pour cette tâche.