IceCube détecte des neutrinos de haute énergie dans la Voie lactée – Physics World

Des neutrinos de haute énergie émergeant de la Voie Lactée ont été repérés pour la première fois. C'est ce que révèlent les nouvelles découvertes du Observatoire de neutrinos IceCube à la station Amundsen-Scott du pôle Sud qui ouvrent une nouvelle voie à l'astronomie multi-messagers en observant la Voie lactée sous forme de particules plutôt que de lumière.

Les neutrinos sont des particules fondamentales qui ont de très petites masses et interagissent à peine avec d’autres matières, mais elles remplissent l’univers de milliers de milliards qui traversent votre corps sans danger chaque seconde.

Auparavant, des neutrinos des milliards de fois plus énergétiques que ceux produits par des réactions de fusion au sein de notre Soleil avaient été détectés provenant de sources extragalactiques telles que les quasars. Cependant, la théorie prédit que des neutrinos de haute énergie devraient également être produits au sein de la Voie Lactée.

Lorsque les astronomes observent le plan de notre galaxie, ils voient la Voie lactée illuminée par des émissions de rayons gamma produites lorsque les rayons cosmiques piégés par le champ magnétique de notre galaxie entrent en collision avec des atomes dans l'espace interstellaire. Ces collisions devraient également produire des neutrinos de haute énergie.

Les chercheurs ont enfin trouvé des preuves convaincantes de l’existence de ces neutrinos en utilisant des techniques d’apprentissage automatique pour passer au crible dix années de données de l’observatoire de neutrinos IceCube, qui comprend quelque 60 000 événements de neutrinos. "[Tout comme les rayons gamma], les neutrinos que nous observons sont répartis dans tout le plan galactique", explique François Halzen de l'Université du Wisconsin-Madison, qui est le chercheur principal d'IceCube.

Événements en cascade

Le détecteur IceCube est constitué d'un kilomètre cube de glace enfoui sous le pôle Sud et doté de 5160 XNUMX capteurs optiques qui surveillent les éclairs de lumière visible lors des rares occasions où un neutrino interagit avec une molécule de glace d'eau. Lorsqu'un événement neutrino se produit, le neutrino laisse soit une trace allongée, soit un « événement en cascade » au cours duquel son énergie est concentrée dans un petit volume sphérique à l'intérieur de la glace.

Lorsque les rayons cosmiques interagissent avec la matière du milieu interstellaire, ils produisent des pions de courte durée qui se désintègrent rapidement. "Les pions chargés se désintègrent en neutrinos détectés par IceCube et les pions neutres se désintègrent en deux rayons gamma observés par le Fermi [télescope spatial à rayons gamma] de la NASA", a déclaré Halzen. Monde de la physique.

Les neutrinos n'avaient pas été détectés auparavant car ils étaient noyés par un signal de fond de neutrinos et de muons provoqué par les interactions des rayons cosmiques beaucoup plus proches de chez nous, dans l'atmosphère terrestre.

IceCube détecte les neutrinos de haute énergie d'un noyau galactique actif

Ce fond laisse des traces qui pénètrent dans le détecteur, alors que les neutrinos de plus haute énergie de la Voie Lactée sont plus susceptibles de produire des événements en cascade. L'algorithme d'apprentissage automatique développé par les scientifiques d'IceCube de l'université TU de Dortmund en Allemagne a pu sélectionner uniquement les événements en cascade, supprimant ainsi une grande partie des interférences locales et permettant au signal de la Voie lactée de se démarquer.

Bien qu'il soit plus difficile d'obtenir des informations sur la direction d'où provient un neutrino lors d'un événement en cascade, Halzen affirme que les événements en cascade peuvent être reconstruits avec une précision d'environ « cinq degrés ». Bien que cela exclue l'identification de sources spécifiques de neutrinos dans la Voie Lactée, Halzen affirme qu'il suffit d'observer le diagramme de rayonnement de la galaxie et de le faire correspondre à celui observé des rayons gamma par le télescope spatial Fermi.

La prochaine étape pour l'équipe consiste à tenter d'identifier des sources spécifiques de neutrinos dans la Voie lactée. Cela pourrait être possible avec le IceCube remanié, nommé Gen2, ce qui augmentera la taille de la zone de détection à dix kilomètres cubes de glace lorsqu'elle deviendra pleinement opérationnelle d'ici 2032.

Les résultats sont publiés dans Sciences.

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• La source: https://physicsworld.com/a/icecube-detects-high-energy-neutrinos-from-within-the-milky-way/