Des collisions de particules fantômes en Antarctique révèlent le noyau invisible d’une galaxie voisine

À environ 47 millions d’années-lumière de l’endroit où vous êtes assis, le centre d’une galaxie remplie de trous noirs appelée NGC 1068 émet des flux de particules mystérieuses. Ces « neutrinos », autrement connus sous le nom de « particules fantômes », sont connus pour être insaisissables. hanter notre monde Mais il laisse peu de traces de son existence.

Au fur et à mesure qu’ils apparaissent, des paquets de ces bits invisibles se précipitent à travers l’étendue cosmique. Ils naviguent à travers les étoiles brillantes que nous pouvons voir et contournent des poches d’espace regorgeant de merveilles que nous n’avons pas encore découvertes. Il vole et vole et vole jusqu’à ce qu’il entre parfois en collision avec un détecteur profondément sous la surface de la terre.

Le vol des neutrinos est régulier. Mais les scientifiques attendent patiemment leur arrivée.

Niché dans environ 1 milliard de tonnes de glace, à plus de deux kilomètres (1,24 mi) sous l’Antarctique, se trouve Observatoire de neutrinos de glaçons. Un chasseur de neutrinos, pourrait-on dire. Lorsque des neutrinos transportent leur groupe vers le continent gelé, l’IceCube est prêt.

en papier Paru vendredi dans la revue ScienceL’équipe internationale à l’origine de cette expérience ambitieuse a confirmé avoir trouvé des preuves de 79 « émissions de neutrinos de haute énergie » provenant de la localisation de NGC 1068, ouvrant la porte à de nouveaux types de physique, infiniment fascinants. Les scientifiques appellent cela « l’astronomie des neutrinos ».

Ce serait une branche de l’astronomie qui pourrait faire ce que les branches actuelles ne pourraient pas faire.

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Le ciel étoilé montre le cœur de la Voie Lactée.  Sur Terre se trouve la surface enneigée de l'Antarctique sur laquelle repose la structure.

Vue de face du laboratoire IceCube au crépuscule, avec un ciel étoilé montrant un aperçu de la Voie lactée au-dessus et la lumière du soleil persistant à l’horizon.

Martin Wolf, IceCube / NSF

Avant aujourd’hui, les physiciens montraient que les neutrinos ne provenaient que du Soleil. L’atmosphère de notre planète. un mécanisme chimique appelé désintégration radioactive ; Supernovae. Et – grâce au premier IceCube Percée en 2017 Un trou noir supermassif féroce pointé directement vers la Terre. Un fichier TXS invalide appelé TXS 0506 + 056.

Avec cette source de neutrinos récemment découverte, nous entrons dans une nouvelle ère de l’histoire des particules. En fait, selon l’équipe de recherche, les neutrinos émanant de NGC 1068 contiennent probablement des millions, des milliards, peut-être même billions La quantité d’énergie détenue par les neutrinos enracinés dans le soleil ou les supernovae. Ce sont des chiffres incroyables car, en général, ces éléments fantomatiques sont si puissants, mais insaisissables, que chaque seconde, Des billions et des billions de neutrinos Déplacez-vous directement dans votre corps. Vous ne pouvez pas le dire.

Et si vous voulez arrêter le neutrino dans son élan, vous devrez le combattre avec bloc de plomb Une année-lumière – cependant, il y aura une chance partielle de succès. Ainsi, exploiter ces particules, version NCG 1068 ou non, pourrait nous permettre de pénétrer dans des régions de l’univers qui seraient normalement insaisissables.

quoi maintenant?

Non seulement ce moment est énorme car il nous donne plus de preuves d’une particule étrange qui n’a même pas été annoncée Existant jusqu’en 1956mais aussi parce que les neutrinos sont les clés des coulisses de notre univers.

Ils ont la capacité de détecter des phénomènes et de résoudre des énigmes que nous ne pouvons résoudre par aucun autre moyen, ce qui est la principale raison pour laquelle les scientifiques essaient de développer l’astronomie des neutrinos en premier lieu.

« L’univers a plusieurs façons de communiquer avec nous », a déclaré Dennis Caldwell de la National Science Foundation et un membre de l’équipe IceCube aux journalistes jeudi. «Le rayonnement électromagnétique, que nous voyons comme la lumière des étoiles, et les ondes gravitationnelles qui agitent le tissu de l’espace – et les particules élémentaires, telles que les protons, les neutrons et les électrons, émises par des sources locales.

« L’une de ces particules élémentaires était les neutrinos qui imprègnent l’univers, mais malheureusement, les neutrinos sont très difficiles à détecter. »

En fait, même la galaxie NGC 1068 et son trou noir géant sont généralement obscurcis par un épais voile de poussière et de gaz, ce qui les rend difficiles à analyser avec des télescopes et des équipements optiques standard – malgré des années de scientifiques essayant de pénétrer son voile. Agence de la NASA Télescope spatial James Webb Pourrait avoir une jambe dans ce cas parce que yeux infrarougesMais les neutrinos pourraient être un meilleur moyen.

On s’attend à ce qu’il soit généré derrière de tels écrans opaques qui filtrent notre univers, et ces particules peuvent transporter des informations cosmiques derrière ces écrans, zoomer sur de grandes distances tout en interagissant avec essentiellement toute autre matière, et fournir des informations pures et intactes à l’humanité dans des coins insaisissables. de l’espace lointain.

« Nous sommes très chanceux, d’une certaine manière, de pouvoir parvenir à une compréhension étonnante de cet objet », a déclaré Elisa Risconi, de l’Université technique de Munich et membre de l’équipe IceCube, à propos de NGC 1068.

glaçon

Dans cette présentation technique, basée sur une image réelle du laboratoire IceCube en Antarctique, une source lointaine émet des neutrinos détectés sous la glace par des capteurs IceCube, appelés DOM.

IceCube / NSF

On note également qu’il existe de nombreuses (nombreuses) galaxies similaires à NGC 1068 – classées comme galaxies de sievert – de blazers similaires à TXS 0506 + 056. Cela signifie que la dernière découverte d’IceCube est, sans doute, un plus grand pas en avant pour les astronomes de neutrinos que celui réalisé par l’observatoire.

Peut-être que la majeure partie des neutrinos dispersés dans l’univers est enracinée dans les sosies NGC 1068. Mais dans le grand schéma des choses, les neutrinos présentent bien plus d’avantages que leurs sources.

Ces fantômes, a déclaré Justin Vandenbrooke de l’Université du Wisconsin-Madison et membre de l’équipe IceCube, sont susceptibles de résoudre deux énigmes majeures en astronomie.

Premièrement, une multitude de galaxies dans notre univers possèdent d’énormes vides gravitationnels en leur centre, et les trous noirs atteignent des masses des millions à des milliards de fois plus grandes que notre soleil. Et ces trous noirs, lorsqu’ils sont actifs, tirent des jets de lumière de leurs tripes – émettant suffisamment de lumière pour éclipser toutes les étoiles de la galaxie elle-même. Nous ne comprenons pas comment cela se produit », a simplement déclaré Vandenbroek. Les neutrinos pourraient fournir un moyen d’étudier les régions autour des trous noirs.

La seconde est générale, mais continue, casse-tête des rayons cosmiques.

Nous ne savons pas vraiment d’où viennent les rayons cosmiques, mais ces chaînes de particules atteignent des énergies des millions de fois supérieures à celles que nous pouvons atteindre ici sur Terre en utilisant des accélérateurs de particules artificiels tels que Celui du CERN.

« Nous pensons que les neutrinos ont un rôle à jouer », a déclaré Vandenbroek. « Quelque chose qui pourrait nous aider à répondre à ces deux mystères des trous noirs occupant des galaxies extrêmement brillantes et à l’origine des rayons cosmiques. »

Une décennie pour attraper un tas

Pour être clair, IceCube ne piège pas exactement les neutrinos.

En gros, cet observatoire nous informe à chaque fois qu’un neutrino interagit avec la glace qui le recouvre. « Les neutrinos interagissent à peine avec la matière », a affirmé Vandenbroek. « Mais ils interagissent parfois. »

Lorsque des millions de neutrinos sont libérés dans la région glacée où l’IceCube a été créé, au moins l’un d’entre eux a tendance à entrer en collision avec un grain de glace, puis se brise et produit un flash de lumière. Les capteurs IceCube captent ce flash et envoient le signal à la surface, des notifications qui sont ensuite analysées par des centaines de scientifiques.

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L’affichage du détecteur IceCube montre un neutrino interagissant avec une molécule de glace.

Collaboration IceCube/NSF

Dix ans de données flash ont permis à l’équipe de planifier en grande partie d’où chaque neutrino du ciel semble provenir. Il est vite devenu évident qu’une région dense d’émissions de neutrinos se trouvait juste au centre de NGC 1068.

Mais même avec de telles preuves, a déclaré Ricconi, l’équipe savait que « ce n’est pas le moment d’ouvrir le champagne, car nous avons encore une question fondamentale à répondre. Combien de fois cet alignement s’est-il produit par hasard ? Comment pouvons-nous être sûrs que les neutrinos arrivent réellement? » Qui est une telle chose?

Diagramme des derniers résultats du ciel IceCube.  Il montre d'où les neutrinos semblent provenir à travers l'univers et identifie les sites les plus intenses comme sources.

Carte du ciel pour étudier les sources ponctuelles dans l’hémisphère nord, montrant d’où les neutrinos semblent provenir de partout dans l’univers. Le cercle de NGC 1068 coïncide également avec le point le plus chaud du ciel du nord.

Collaboration IceCube

Donc, pour rendre les choses aussi concrètes que possible et pour vraiment prouver que cette galaxie émet des fantômes, « nous avons créé la même expérience 500 millions de fois », a déclaré Risconi.

Sur cette base, je ne peux qu’imaginer qu’une bouteille de Veuve est enfin sortie. Bien que la poursuite ne soit pas encore terminée.

« Nous commençons à peine à effleurer la surface en termes de recherche de nouvelles sources de neutrinos », a déclaré Ignacio Taboada du Georgia Institute of Technology et membre de l’équipe IceCube. « Il doit y avoir de nombreuses autres sources bien plus profondes que NGC 1068, cachées quelque part pour être trouvées. »

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