Imaginez une particule subatomique si insaisissable qu’elle traverse des galaxies entières sans interagir, mais qui, lorsqu’elle est détectée, porte en elle les secrets des événements les plus violents de l’Univers. C’est l’histoire d’un neutrino, le plus énergétique jamais observé, dont la détection en décembre 2018 par l’observatoire IceCube en Antarctique, pourrait bien nous rapprocher de la solution d’une énigme cosmique vieille d’un siècle : l’origine des rayons cosmiques.
Un messager cosmique de 7 PeV
Ce neutrino record, avec une énergie colossale de plus de 7 petaélectronvolts (PeV) – soit des millions de milliards de fois l’énergie d’un photon de lumière visible – a frappé le détecteur d’IceCube, un gigantesque télescope niché sous 2,5 kilomètres de glace polaire. Quand un neutrino de cette énergie interagit avec la glace, il crée une gerbe de particules qui émettent une lumière bleutée (la lumière Cherenkov), captée par des milliers de capteurs optiques.
L’analyse des données a permis aux chercheurs de remonter la trajectoire de ce neutrino et de pointer vers une source probable : un blazar lointain nommé TXS 0506+056. Cette découverte, menée notamment par une équipe allemande, dont des chercheurs du DESY et des universités de Würzburg et Erlangen-Nuremberg, est particulièrement excitante.
Qu’est-ce qu’un blazar et pourquoi est-il important ?
Un blazar est un type de galaxie active abritant en son centre un trou noir supermassif. Ce trou noir, en « mangeant » la matière environnante, émet de puissants jets de particules relativistes (proches de la vitesse de la lumière) pointés directement vers la Terre. Ces jets sont des accélérateurs cosmiques naturels, capables de propulser des particules à des énergies inimaginables.
La connexion entre ce neutrino de 7 PeV et le blazar TXS 0506+056 n’est pas une première. En effet, en 2017, IceCube avait déjà détecté un autre neutrino de haute énergie et l’avait lié avec une forte probabilité à ce même blazar. Cette nouvelle observation, rapportée dans la revue Nature Astronomy, vient donc renforcer considérablement l’hypothèse que les blazars sont des sources majeures de neutrinos de haute énergie et, par extension, des « usines » à rayons cosmiques.
Vers la solution d’une énigme séculaire
Depuis plus de cent ans, l’origine des rayons cosmiques – ces particules chargées qui bombardent constamment la Terre – est un mystère. Leur trajectoire étant déviée par les champs magnétiques, il est impossible de retracer leur source directe. Les neutrinos, eux, n’étant pas chargés, voyagent en ligne droite depuis leur point d’origine, agissant comme de parfaits messagers cosmiques. Détecter des neutrinos de haute énergie et les associer à des blazars est une étape cruciale pour identifier les sources de ces puissants rayons cosmiques.
Cette nouvelle détection ouvre des perspectives fascinantes pour l’astronomie multi-messagère, où différentes formes de messagers cosmiques (lumière, neutrinos, ondes gravitationnelles) sont utilisées pour étudier l’Univers. Les futurs télescopes gamma, tels que le Cherenkov Telescope Array (CTA), joueront un rôle essentiel pour confirmer ces associations et explorer plus en profondeur les mécanismes à l’œuvre dans ces blazars lointains.
L’Univers n’a pas fini de nous surprendre, et chaque neutrino de haute énergie que nous captons est une nouvelle page qui s’écrit dans notre compréhension du cosmos.