Les “usines à neutrinos” pourraient résoudre le mystère des rayons cosmiques
De nouvelles recherches ont révélé que les neutrinos de haute énergie et les rayons cosmiques bombardant la Terre depuis l’espace lointain proviennent de blazars – des noyaux galactiques actifs (AGN) qui se cachent au centre des galaxies et sont alimentés par des trous noirs supermassifs.
Les chercheurs savent que les rayons cosmiques sont des particules chargées de l’espace lointain qui frappent la Terre en permanence à des énergies aussi élevées que 1020 électron-volts – un million de fois plus énergétiques que les énergies générées par le Large Hadron Collider (LHC). Cependant, ce qui pourrait lancer ces particules avec une telle force qu’elles parcourent des milliards d’années-lumière est resté un mystère.
En effet, les rayons cosmiques sont constitués de particules chargées électriquement, ce qui signifie que lorsqu’ils parcourent des milliards d’années-lumière de leur source à la Terre, ils sont déviés à plusieurs reprises par les champs magnétiques des galaxies, rendant leurs sources impossibles à voir.
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Certains des processus et événements qui lancent les rayons cosmiques font également exploser des neutrinos astrophysiques, et ces particules “ressemblant à des fantômes” pourraient être utilisées comme “messagers” pour résoudre cette énigme, selon une équipe d’astrophysiciens.
“Les neutrinos astrophysiques sont produits exclusivement dans les processus d’accélération des rayons cosmiques”, a déclaré Sara Buson, membre de l’équipe et professeure d’astrophysique à la Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. une déclaration. (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Les neutrinos sont des particules sans charge et très peu massives qui interagissent si faiblement avec la matière qu’elles traversent presque sans laisser de traces à travers les galaxies, les planètes et même le corps humain. Parce qu’ils n’ont pas de charge, les neutrinos ne subissent pas les mêmes déviations que les rayons cosmiques, ce qui signifie que leurs sources peuvent être identifiées avec plus de précision.
En 2017, un signal neutrino remontant au blazar TXS 0506+056 a été détecté. En conséquence, Buson a suggéré que les blazars – qui émettent plus de rayonnement que l’ensemble de la population stellaire des galaxies qui les entourent – sont responsables de l’émission de neutrinos de haute énergie.
En 2021, elle et son équipe ont commencé à cimenter ce lien avec un projet d’astronomie multi-messagers, qui combine l’astronomie “traditionnelle” avec les observations de neutrinos. Ces nouveaux résultats ont été obtenus en utilisant les données de l’observatoire de neutrinos IceCube – le détecteur de neutrinos le plus sensible jamais réalisé – profondément sous la glace du pôle sud de l’Antarctique.
L’équipe a utilisé ces données pour confirmer que l’emplacement des blazars correspondait assez souvent à la direction des neutrinos astrophysiques pour que cette association ne puisse être attribuée au seul hasard, fournissant la première preuve solide du lien entre les neutrinos astrophysiques et les blazars.
“Après plusieurs lancers de dés, nous avons constaté que l’association aléatoire ne peut dépasser celle des données réelles qu’une fois sur un million d’essais”, a déclaré Andrea Tramacere, membre de l’équipe et scientifique du département d’astronomie de l’Université de Genève. . “C’est une preuve solide que nos associations sont correctes.”
Et parce que ces neutrinos sont créés dans des endroits où les rayons cosmiques sont accélérés et lancés, cela indique que les blazars sont également responsables de l’accélération des rayons cosmiques. Cela pourrait être le résultat de la façon dont le trou noir supermassif au cœur d’un blazar “mange” la matière comme le gaz et la poussière qui les entoure avant d’être “alimenté” – ou accrété à leur surface.
La rotation des trous noirs traînant le long du tissu de l’espace-temps, un effet appelé traînée de trame ou précession Lense-Thirring, empêche la matière autour d’eux de rester immobile, ce qui facilite l’accélération des particules.
“Le processus d’accrétion et la rotation du trou noir conduisent à la formation de jets relativistes, accélérant les particules et émettant des radiations à des énergies de mille milliards [times higher than] celle de la lumière visible”, a expliqué Tramacere. “La découverte de la connexion entre ces objets et les rayons cosmiques pourrait être la “pierre de Rosette” de l’astrophysique des hautes énergies.”
Selon Tramacere, la prochaine étape de cette recherche consiste à examiner la différence entre les types de blazars qui émettent des neutrinos et ceux qui n’en émettent pas.
“Cela nous aidera à comprendre dans quelle mesure l’environnement et l’accélérateur se “parlent””, a déclaré le scientifique de l’Université de Genève. “Ensuite, nous pouvons exclure certains modèles, améliorer le pouvoir prédictif des autres et finalement ajouter plus de pièces à l’éternel puzzle de l’accélération des rayons cosmiques.”
Les conclusions de l’équipe ont été publiées dans la revue Lettres de journal astrophysique. (s’ouvre dans un nouvel onglet)
