Le télescope Ice Cube construit en Antarctique. Crédit :Felipe Pedreros
Scientifiques de l'Institut de physique P. N. Lebedev de l'Académie des sciences de Russie (LPI RAS), l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT) et l'Institut de recherche nucléaire du RAS (INR RAS) ont étudié les directions d'arrivée des neutrinos astrophysiques avec des énergies supérieures à un billion d'électronvolts (TeV) et sont arrivés à une conclusion inattendue :tous naissent à proximité de trous noirs au centre de galaxies actives lointaines de puissantes sources radio. Précédemment, seuls les neutrinos ayant les énergies les plus élevées ont été supposés être obtenus dans des sources de cette classe.
Les chercheurs pensent qu'il existe des trous noirs massifs au centre des galaxies actives de notre univers. Ils sont le cœur de ces objets avec une luminosité de centaines de millions de soleils. Les galaxies actives qui sont aussi simplement des quasars sont clairement visibles depuis la Terre avec les télescopes optiques et radio.
Plus tôt, Les scientifiques russes Alexander Plavin, Sergey Troitsky et les Kovalev (père et fils, les deux Yuri) ont trouvé un lien entre l'origine des neutrinos des énergies les plus élevées (au-dessus de 200 trillions d'électronvolts, C'est, TeV) et les quasars radio. C'était assez surprenant, parce que les articles théoriques des années 1990 indiquaient que les neutrinos astrophysiques ne seraient nés qu'à des énergies supérieures à 1000 TeV.
Les neutrinos sont de minuscules particules élémentaires dont la masse est à peine supérieure à zéro, mais ils peuvent traverser l'univers sans interagir avec la matière et sans obstruction. Des millions de neutrinos par seconde traversent chaque personne sur Terre, complètement inaperçu. Pour enregistrer les neutrinos, une collaboration internationale de scientifiques a construit un télescope spécial sur la glace en Antarctique :le détecteur Cherenkov IceCube d'un volume de 1 kilomètre cube. En Russie, INR RAS et JINR achèvent actuellement la construction du télescope à eau Baikal GVD dans le lac Baïkal, dont le volume a déjà atteint 0,4 kilomètre cube. L'acquisition des données est maintenant en cours sur la partie courante de l'installation, qui avait déjà été mis en service. Ces installations étudient le ciel dans les hémisphères nord et sud.
Le détecteur de rayonnement Cherenkov, également appelé photomultiplicateur (module optique), subit un dernier contrôle avant l'immersion dans les eaux du lac Baïkal. C'est la partie du télescope qui collecte et transmet des informations sur un flash faible qui accompagne l'interaction des neutrinos dans l'eau via un câble jusqu'au rivage. Crédit :Bair Shaybonov.
Après avoir analysé les données recueillies pendant sept ans sur le télescope IceCube, les scientifiques ont d'abord choisi d'analyser une gamme supérieure à 200 TeV pour étudier la direction d'où provenaient ces neutrinos. Il s'est avéré qu'une partie importante d'entre eux est née dans des quasars, identifiés par les radiotélescopes par leur haute luminosité. Plus précisément, les neutrinos sont nés quelque part au centre des quasars. Il y a des trous noirs massifs alimentant leurs disques d'accrétion, ainsi que des éjections ultra-rapides de gaz très chauds. De plus, il existe un lien entre les puissantes rafales d'émission radio de ces quasars et l'enregistrement des neutrinos par le télescope Ice Cube. Puisque les neutrinos traversent l'univers à la vitesse de la lumière, les fusées éclairantes nous parviennent en même temps que les neutrinos.
Maintenant, dans leur nouvel article publié dans le Journal d'astrophysique , Les scientifiques russes soutiennent que les neutrinos d'énergies de l'ordre de dizaines de TeV sont également émis par les quasars. Par conséquent, il s'avère que tout—eh bien, presque tous — les neutrinos astrophysiques de haute énergie naissent dans les quasars. Noter, en plus d'eux, il y a des neutrinos qui naissent dans l'atmosphère terrestre, et même dans le détecteur Ice Cube lui-même lors de l'interaction des rayons cosmiques avec la matière.
"C'est étonnant, puisque pour la production de neutrinos avec des énergies qui diffèrent d'un facteur 100-1000, différentes conditions physiques sont nécessaires. Les mécanismes de production de neutrinos dans les noyaux galactiques actifs discutés précédemment n'ont fonctionné qu'à haute énergie. Nous avons proposé un nouveau mécanisme de production de neutrinos dans les quasars, ce qui explique les résultats obtenus. Bien qu'il s'agisse d'un modèle approximatif, il faut y travailler, faire de la simulation informatique, " précise le directeur de recherche de l'INR RAS, membre correspondant de l'Académie russe des sciences Sergueï Troitsky. Le co-auteur de la découverte du LPI et du MIPT, membre correspondant de l'Académie des sciences de Russie, Youri Kovalev, a expliqué les résultats du programme Hamburg Account sur OTR.
Carte du ciel. Plus l'endroit est sombre, plus la probabilité que des neutrinos en proviennent dans une direction donnée est grande. Les quasars sont représentés par des cercles verts. On voit que les quasars sont principalement concentrés dans les régions sombres. Crédit :The Astrophysical Journal
En septembre 2020, un consortium dirigé par l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie des sciences de Russie a remporté une subvention de trois ans du ministère de l'Éducation et des Sciences avec un financement de 100 millions de roubles par an sur le thème "Neutrinos et astrophysique des particules". Sept organisations réunies :INR RAS, JINR, LPI, MIPT, SAO RAS, ISC MSU, Université d'État d'Irkoutsk. Une centaine de scientifiques travailleront à résoudre le problème de l'origine des neutrinos, ainsi que l'étude de leurs propriétés. Le projet comprend également d'autres études visant à comprendre la nature des neutrinos astrophysiques de haute énergie, y compris la recherche de photons de la même gamme d'énergie à l'installation Carpet-3 de l'observatoire de neutrinos de Baksan, INR RAS (Caucase du Nord).
La connexion entre les neutrinos et les quasars radio a suscité un grand intérêt dans le monde. Le travail conjoint des scientifiques russes avec l'expérience neutrinos ANTARES en mer Méditerranée commence. Un article récent de scientifiques européens et américains a confirmé de manière indépendante la découverte de l'équipe russe utilisant des données de radiotélescopes aux États-Unis et en Finlande. De nouveaux événements liés à l'arrivée de neutrinos astrophysiques sont désormais suivis par les plus grands radiotélescopes et réseaux d'antennes du monde.
En 2021, Des scientifiques russes recueilleront les premières données du télescope Baikal GVD et les analyseront avec les données de RATAN-600 et des réseaux mondiaux de radiotélescopes, ce qui leur permettra d'examiner en détail les centres des quasars. Beaucoup de choses intéressantes nous attendent.
