Le mystère des rayons cosmiques se dissipe

Le rayonnement cosmique est l’un des plus grands mystères de l’astrophysique contemporaine. La détection d’un neutrino en Antarctique pourrait bien redistribuer les cartes de sa compréhension.

Jet Stream
Une image prise à partir du télescope spatial Hubble montre des jets de particules à grande vitesse déversées par le trou noir géant, au cœur de la galaxie.
Photographie de NASA, ESA, STScI

Les rayons cosmiques donnent du fil à retordre aux astrophysiciens depuis 1912, année durant laquelle ils ont été découverts par Victor Franz Hess. Ces « rayons » sont en réalité des flux de particules à haute énergie composés de protons, d'électrons et de noyaux atomiques qui circulent dans tout le cosmos. S’il est établi que cette circulation d’astroparticules atteint des vitesses proches de celle de la lumière, son origine n’a cependant toujours pas pu être déterminée.

Ce qui est souvent identifié comme « le phénomène cosmique le plus puissant » provient partiellement du Soleil mais ses autres sources étaient jusqu’à lors impossibles à déterminer. Pour cause, la trajectoire de ces astroparticules est en permanence déviée par des champs magnétiques en raison de leur charge énergétique, ce qui rend leur course impossible à calculer.

Afin de déterminer ces trajectoires, les scientifiques ont donc décidé de se concentrer sur une autre particule également liée au rayonnement cosmique, le neutrino. L’avantage pour les astrophysiciens est qu’il s’agit d’une particule non-chargée en électricité et donc non-soumise aux aléas magnétiques. Il voyage donc le plus souvent en ligne droite dans l'immensité du cosmos.

Cependant, les neutrinos sont très difficiles à détecter car ils ont très peu d’interactions avec la matière, c’est ce que l’on appelle des particules fantômes. Pour maximiser les chances d’exploiter ces particules, un instrument nommé IceCube a été installé entre 1 450 et 2 450 mètres sous la calotte glacière de l’Antarctique, répartissant ainsi 5 000 capteurs de neutrinos sous la surface depuis 2010.

 

LES BLAZARS À L’ORIGINE DU RAYONNEMENT COSMIQUE ?

Deux études publiées ce mois-ci dans la revue Science expliquent qu’en septembre 2017, le phénomène tant espéré a pu être observé : un neutrino a percuté une molécule d’eau et laissé une trace.

L'observatoire IceCube, le plus grand détecteur de neutrinos au monde, a été placé sous la glace au niveau de la station Amundsen-Scott South Pole en Antarctique.
Photographie de SVEN LIDSTROM, ICECUBE, NSF VIA THE NEW YORK TIMES

Azadeh Keivani, chercheuse à l’université d’Etat de Pennsylvanie et cosignataire d’une des études explique que la détection de ce mouvement « a déclenché une séquence automatique d’observations, dans les domaines des ultraviolets et des rayons X, par les télescopes spatiaux Swift et NuSTAR de la NASA, ainsi que par treize observatoires tout autour du monde ».

La marque laissée par ce neutrino a permis de déterminer que le neutrino provenait de la constellation d’Orion. Mais surtout, le concours de l’ensemble de ces observations a permis d’identifier la galaxie TXS 0506 + 056 comme potentielle zone d’origine. La particularité de TXS 0506 + 056 est qu’il s’agit d’un blazar, c’est-à-dire une galaxie avec un trou noir supermassif en son centre. Ces blazars sont caractérisés par les diverses projections qu’ils initient dont les rayons cosmiques pourraient potentiellement faire partie.

Suite aux différentes études statistiques qui ont pris en compte de précédentes détections de neutrinos par IceCube, les chances que TXS 0506 + 056 ne soient pas la source de l’astroparticule sont de 1 sur 5 000. Si cela peut paraître peu, les scientifiques rappellent cependant que cette statistique ne correspond pas suffisamment aux standards astrophysiques pour que l’origine soit établie comme fait avéré.

Si ces découvertes n'apportent de fait aucune certitude, elles sont un nouvel espoir pour l’astronomie dite « multimessagers » : les astrophysiciens n’avaient jusque-là que la lumière et la couleur comme matières d’analyse. Ces récentes études sont le début de la prise en compte de la texture.

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