Des astronomes ont potentiellement identifié une galaxie formatrice d’étoiles dans l’univers primitif comme la source d’un neutrino de haute énergie. Ce neutrino, détecté par l’observatoire IceCube au pôle Sud, aurait parcouru 11 milliards d’années-lumière. Cette découverte suggère que les trous noirs supermassifs ne sont pas les uniques émetteurs de ces particules insaisissables.
L’observatoire de neutrinos IceCube, niché sous la glace du pôle Sud, a enregistré le 22 septembre 2021 un événement de haute énergie, désigné IC210922A. Ce neutrino, une particule élémentaire électriquement neutre et presque sans masse, affichait une énergie estimée à 750 téra-électronvolts (TeV). Cette valeur dépasse plus de cent fois l’énergie maximale atteignable par les plus grands accélérateurs de particules terrestres. La nature insaisissable des neutrinos, qui interagissent très peu avec la matière, les rend particulièrement difficiles à détecter. Cependant, lorsqu’un neutrino heurte un noyau atomique dans la glace, il peut produire un muon, lequel génère une brève émission de lumière bleue, le rayonnement Cherenkov. Les 5 160 détecteurs sensibles à la lumière d’IceCube, répartis sur un kilomètre cube de glace, captent ces éclairs.
L’analyse des données d’IceCube a permis de déterminer la direction d’origine de IC210922A avec une précision de quelques degrés, pointant vers une zone dans le nord de la constellation d’Eridan. Par le passé, des neutrinos de haute énergie ont été clairement associés à des noyaux galactiques actifs (AGN), abritant des trous noirs supermassifs au cœur de galaxies lointaines. Ces objets sont connus pour être des accélérateurs cosmiques. Cependant, dans le cas de IC210922A, les observations de suivi réalisées dans le spectre visible et les rayons X n’ont révélé aucune contrepartie identifiable, laissant la source de cette particule énigmatique.
Identification d’une source submillimétrique
La persévérance a porté ses fruits. En 2021, une équipe d’astronomes menée par Yuji Urata (MITOS Science) et Kuiyun Huang (Chung Yuan Christian University) a détecté une source d’ondes radio submillimétriques dans la même direction que l’origine du neutrino IC210922A. Cette découverte a été effectuée grâce aux données du télescope James Clerk Maxwell, situé sur le Maunakea à Hawaï. Ce résultat initial a orienté les recherches vers des observations plus détaillées. Les chercheurs ont ensuite utilisé le Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pour sonder cette source avec une précision accrue.
La galaxie « Shadow Blaster » révélée
Les observations détaillées d’ALMA, publiées récemment dans la revue Nature Astronomy, ont permis de caractériser la source submillimétrique. Il s’agit d’une galaxie lointaine, riche en poussière et en formation d’étoiles, qui est lentillée gravitationnellement. Cela signifie que la gravité d’une galaxie plus proche, située au premier plan, a agi comme une loupe cosmique, amplifiant et déformant la lumière de cette galaxie encore plus distante. Cette amplification a permis aux télescopes terrestres de la résoudre. La lumière de cette galaxie a voyagé pendant 11 milliards d’années pour nous parvenir, ce qui en fait un objet de l’univers primitif. Les données d’ALMA montrent que cette galaxie possède un cœur compact, regorgeant d’énormes quantités de gaz dans une région de seulement 1 500 années-lumière de diamètre. Ce cœur est le siège d’une intense activité de formation stellaire, bien que cachée par la poussière.
Les astronomes ont surnommé cette galaxie « Shadow Blaster » en raison de son activité violente et de son enveloppe de poussière qui masque une grande partie de son rayonnement visible. Selon l’équipe, cette région de formation d’étoiles énergique et obscurcie est la source la plus probable du neutrino IC210922A. Jacco Vink, astrophysicien à l’Université d’Amsterdam et non impliqué dans cette étude, a salué la solidité des arguments présentés dans l’article pour cette identification, soulignant la robustesse de l’hypothèse.
Implications pour l’astronomie des neutrinos
Cette identification, si elle est confirmée, représente une avancée significative pour l’astronomie des neutrinos. Elle remet en question l’idée que les noyaux galactiques actifs (AGN) sont les seules sources de neutrinos cosmiques de très haute énergie. Les galaxies à flambée d’étoiles, comme « Shadow Blaster », avec leurs régions compactes et violentes de formation d’étoiles, pourraient également jouer un rôle crucial dans la production de ces particules. Ces environnements extrêmes sont propices à l’accélération de particules cosmiques à des énergies phénoménales, qui, en interagissant avec le gaz et la poussière, pourraient générer des neutrinos.
Perspectives futures et validation
La découverte de « Shadow Blaster » ouvre de nouvelles voies de recherche pour comprendre l’origine des rayons cosmiques ultra-énergétiques, dont on pense qu’ils sont liés aux neutrinos. La validation de cette association nécessitera des observations complémentaires et une analyse approfondie. L’identification d’autres sources similaires par des télescopes comme ALMA et des observatoires de neutrinos comme IceCube renforcerait cette hypothèse. Cette avancée étend la diversité des sites cosmiques que les astrophysiciens peuvent étudier pour percer les mystères des particules les plus énergétiques de l’univers, affinant notre compréhension des processus d’accélération à l’échelle galactique.
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