L’analyse des neutrinos IceCube établit un lien entre une source galactique possible de rayons cosmiques

Zoom / Représentation artistique d’une source cosmique de neutrinos brillant au-dessus de l’observatoire IceCube en Antarctique. Sous la glace se trouvent des détecteurs optiques qui captent des signaux de neutrinos.

IceCube / NSF

Depuis que le physicien français Pierre Auger a proposé en 1939 qui – lequel rayons cosmiques Ils doivent transporter d’énormes quantités d’énergie, et les scientifiques se demandent ce qui pourrait produire ces puissants amas de protons et de neutrons qui pleuvent sur l’atmosphère terrestre. Un moyen possible d’identifier de telles sources est de défaire les chemins empruntés par les neutrinos cosmiques de haute énergie sur leur chemin vers la Terre, car ils proviennent de rayons cosmiques entrant en collision avec la matière ou le rayonnement, entraînant des particules qui se désintègrent ensuite en neutrinos et en rayons gamma.

Des scientifiques avec glaçon L’Observatoire des neutrinos de l’Antarctique a maintenant analysé une décennie de ces découvertes de neutrinos et a trouvé des preuves qu’une galaxie active appelée Messier 77 (également connue sous le nom de Squid Galaxy) est un candidat solide pour un seul émetteur de neutrinos de haute énergie, selon un nouveau papier Publié dans la revue Science. Il rapproche les astrophysiciens de la résolution du mystère de l’origine des rayons cosmiques de haute énergie.

« Cette observation représente l’aube de la capacité de faire de l’astronomie des neutrinos », a déclaré Janet Conrad, membre IceCube du MIT. APS Physique. « Nous avons lutté pendant longtemps pour voir des sources potentielles de neutrinos cosmiques de très grand intérêt et maintenant nous en avons vu une. Nous avons franchi une barrière. »

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En tant que tel Prévenez-nous plus tôtEt le neutrinos Voyage près de la vitesse de la lumière. Poème de John Updike de 1959, « Fille cosmique« fait l’éloge des deux caractéristiques les plus déterminantes des neutrinos : ils n’ont pas de charge, et pendant des décennies, les physiciens ont pensé qu’ils n’avaient pas de masse (ils ont en fait très peu de masse). Les neutrinos sont les particules subatomiques les plus abondantes dans l’univers, mais ils interagissent rarement avec n’importe quel type de matériau A. Nous sommes constamment bombardés à chaque seconde par des millions de ces minuscules particules, mais elles nous traversent sans que nous les remarquions. C’est pourquoi Isaac Asimov les a appelées « particules fantômes ».

Lorsque les neutrinos interagissent avec des particules dans la glace transparente de l'Antarctique, ils produisent des particules secondaires qui laissent une traînée de lumière bleue lorsqu'ils traversent le détecteur IceCube.
Zoom / Lorsque les neutrinos interagissent avec des particules dans la glace transparente de l’Antarctique, ils produisent des particules secondaires qui laissent une traînée de lumière bleue lorsqu’ils traversent le détecteur IceCube.

Nicole R. Fuller, IceCube / NSF

Cette faible vitesse de réaction rend les neutrinos Il est très difficile de détecter, mais parce qu’il est si léger, il peut s’échapper sans entrave (et donc en grande partie inchangé) en entrant en collision avec d’autres particules de matière. Cela signifie qu’ils pourraient fournir aux astronomes des indices précieux sur les systèmes distants, renforcés par ce qui peut être appris avec des télescopes à travers le spectre électromagnétique, ainsi que des ondes gravitationnelles. Ensemble, ces diverses sources d’information ont été appelées l’astronomie « Multiple Messenger ».

La plupart des chasseurs de neutrinos enterrent leurs expériences profondément dans la terre, et il est préférable d’annuler les fortes interférences provenant d’autres sources. Dans le cas de l’IceCube, la collaboration comprend des réseaux de capteurs optiques de la taille d’un ballon de basket enfouis profondément dans la glace de l’Antarctique. Dans les rares occasions où un neutrino transitoire interagit avec le noyau d’un atome dans la glace, la collision produit des particules chargées qui émettent de la lumière ultraviolette et des photons bleus. Ceux-ci sont captés par des capteurs.

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IceCube est donc bien placé pour aider les scientifiques à faire progresser leurs connaissances sur l’origine des rayons cosmiques de haute énergie. Comme Natalie Wolcoffer de manière convaincante Expliqué dans Quanta En 2021 :

Un rayon cosmique n’est qu’un noyau atomique – un proton ou un groupe de protons et de neutrons. Cependant, les rayons cosmiques rares connus sous le nom de « rayons cosmiques ultra-énergétiques » ont autant d’énergie que les balles de tennis servies par des professionnels. Ils sont des millions de fois plus énergétiques que les protons en orbite autour du tunnel circulaire du Large Hadron Collider en Europe à 99,9999991% de la vitesse de la lumière. En fait, le rayon cosmique le plus énergétique jamais découvert, surnommé une particule « oh mon Dieu », a frappé le ciel en 1991 à 99,9999999999999999999951 pour cent de la vitesse de la lumière, lui donnant l’énergie d’une boule de bowling qui est tombée de la hauteur des épaules à la hauteur des orteils. .

Mais d’où proviennent ces puissants rayons cosmiques ? Une des fortes possibilités Noyaux Galactiques Actifs (AGNs), trouvé au milieu de certaines galaxies. Son énergie provient des trous noirs supermassifs au centre de la galaxie, et/ou de la rotation du trou noir.

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