Il y a un peu plus de trois ans, des physiciens travaillant en Antarctique ont annoncé qu’ils avaient détecté la première preuve de l’existence de mystérieuses particules subatomiques, appelées neutrinos, provenant de l’extérieur de notre galaxie. Ce fut un grand moment pour l’astrophysique, mais depuis lors, personne n’a été capable de comprendre d’où venaient ces particules et ce qui les envoyait vers nous.
Jusqu’à présent, en effet, une équipe d’astronomes vient d’identifier la source possible de l’un de ces visiteurs extragalactiques. Il semblerait qu’il ait commencé son voyage vers nous il y a près de 10 milliards d’années, lorsqu’une explosion massive a éclaté dans une galaxie très, très lointaine (sérieusement, George Lucas ne pouvait pas inventer ce genre de choses).
Prenons un peu de recul et expliquons pourquoi c’est si important. Les neutrinos sont sans doute la plus étrange des particules subatomiques fondamentales. Ils n’ont pas de masse, ils sont incroyablement rapides et ils sont pratiquement invisibles, car ils n’interagissent pratiquement jamais avec la matière. Tels de minuscules fantômes, des milliards de neutrinos par seconde nous traversent en permanence, sans que nous le sachions.
Pour les détecter, les chercheurs ont mis sur pied des laboratoires extravagants, comme l’observatoire de neutrinos IceCube au pôle Sud, où ils attendent patiemment de capter des aperçus de neutrinos traversant la planète et de mesurer leur énergie pour tenter de déterminer leur origine.
Habituellement, cette source est la désintégration radioactive ici sur Terre ou à l’intérieur du Soleil, ou peut-être le trou noir au centre de notre galaxie. Mais en 2013, les chercheurs d’IceCube ont annoncé qu’ils avaient détecté un couple de neutrinos d’une énergie si inimaginable qu’ils savaient qu’ils devaient provenir de l’extérieur de notre galaxie.
Ces neutrinos ont été baptisés “Bert” et “Ernie” (sérieusement) et ont constitué la première preuve de la présence de neutrinos extragalactiques. Leur découverte a été suivie par la détection de quelques dizaines d’autres neutrinos extragalactiques, légèrement moins énergétiques, au cours des mois suivants.
Puis, à la fin de 2012, ils ont repéré “Big Bird”. À l’époque, il s’agissait du neutrino le plus énergétique jamais détecté, avec une énergie dépassant les 2 quadrillions d’électronvolts – soit plus d’un million de millions de fois plus que l’énergie d’un rayon X dentaire. Pas mal pour une particule fantôme sans masse.
Depuis lors, des équipes du monde entier ont cherché à comprendre d’où pouvait bien provenir cette anomalie. Et maintenant, nous pourrions enfin avoir un suspect.
“C’est comme une enquête sur une scène de crime”, a déclaré le chercheur principal Matthias Kadler, de l’université de Würzburg en Allemagne. “L’affaire implique une explosion, un suspect et divers éléments de preuve circonstancielle.”
En utilisant ces preuves circonstancielles, le mieux que les astronomes aient pu faire à l’époque était de réduire la source à une tache du ciel austral d’environ 32 degrés de diamètre – à peu près la taille de 64 pleines lunes.
Cela semble assez précis, mais une zone de cette taille dans le ciel nocturne couvre un grand nombre de galaxies, et les chercheurs ont eu la lourde tâche de passer au crible toutes ces données pour comprendre ce qui s’est passé dans l’une de ces galaxies pour nous envoyer Big Bird.
Ils pensent maintenant avoir leur réponse : une énorme explosion, appelée blazar, qui s’est produite dans une galaxie appelée PKS B1424-418 il y a environ 10 milliards d’années, mais qui n’a été détectée par nos télescopes qu’entre 2011 et 2013 en raison de sa distance.
Un blazar est l’un des événements les plus énergétiques de l’Univers connu, et il se produit lorsque la matière d’une galaxie tombe vers le trou noir supermassif en son centre, et qu’une partie de cette matière finit par être projetée en énormes jets directement vers la Terre.
Publiant dans Nature Physics, l’équipe a calculé qu’il n’y a que 5 % de chances que Big Bird et le blazar de PKS B1424-418 soient tombés sur la Terre au même moment, mais qu’ils ne soient pas liés.
“Compte tenu de toutes les observations, le blazar semble avoir eu les moyens, le motif et l’occasion d’émettre le neutrino de Big Bird, ce qui en fait notre principal suspect”, a déclaré M. Kadler.
Le fait que ces deux événements individuellement fascinants soient associés est assez excitant en soi.
“Nous avons vécu un moment d’émerveillement et d’admiration lorsque nous avons réalisé que l’explosion la plus spectaculaire que nous ayons jamais vue dans un blazar s’était produite au bon endroit et au bon moment”, a déclaré la co-auteure Felicia Krauß, de l’université d’Erlangen-Nürnberg.
Cette hypothèse doit maintenant être vérifiée de manière indépendante avant que nous puissions dire avec certitude d’où vient Big Bird, et potentiellement d’autres neutrinos extragalactiques. Mais il est assez excitant de penser que nous pourrions enfin, enfin, nous rapprocher d’une meilleure compréhension de ces particules subatomiques énigmatiques.
Francis Halzen, qui est le chercheur principal d’IceCube et n’a pas participé à cette étude, pense que cette recherche annonce une nouvelle période passionnante pour la recherche sur les neutrinos.
“IceCube est sur le point d’envoyer des alertes en temps réel lorsqu’il enregistre un neutrino qui peut être localisé dans une zone d’un peu plus d’un demi-degré de diamètre, soit légèrement plus grande que la taille apparente d’une pleine lune”, explique-t-il. “Nous ouvrons lentement une fenêtre de neutrino sur le cosmos.” Allez-y.