2023-06-29 21:03:32
Au cours des dernières décennies, nous avons assisté à l’émergence de nouvelles formes d’investigation de l’Univers qui vont au-delà de l’observation traditionnelle de la lumière ou plus généralement du spectre électromagnétique. Les neutrinos et les ondes gravitationnelles ont été ajoutés à la liste des messagers cosmiques disponibles, qui ont commencé à jouer un rôle fondamental dans notre compréhension du cosmos.
Deux résultats très importants ont été annoncés cette semaine. Le premier est la détection d’un signal neutrino de notre galaxie, la Voie Lactée. Le second est la première preuve solide de l’existence d’un fond d’ondes gravitationnelles grâce à l’observation de signaux de pulsars. Ces résultats ont des histoires curieusement parallèles. La détection des neutrinos cosmiques et celle du fond des ondes gravitationnelles sont issues d’idées révolutionnaires conçues dans la seconde moitié du siècle dernier. Au début des années 1960, il a été proposé pour la première fois d’utiliser de grands volumes de matière transparente, comme l’eau de mer ou la glace au pôle Sud, pour observer des neutrinos insaisissables. A la fin des années 1970, l’idée de détecter le passage des ondes gravitationnelles en mesurant précisément les décalages dans les impulsions radio émises par les pulsars, étoiles à neutrons formées après l’explosion des supernovae, a surgi.
Les deux types de détection ont été rendus possibles grâce à l’avancement d’une grande variété de nouvelles technologies et à des décennies de recherche et développement. Et pourtant, dans les deux cas, il a fallu une patiente accumulation de données pendant plus d’une décennie avant que ces instruments puissent trouver l’aiguille proverbiale dans leurs meules de foin respectives.
La détection de neutrinos galactiques, grâce aux observations du télescope IceCube, constitue la première preuve que des rayons cosmiques de très haute énergie s’accélèrent dans notre galaxie. Cette détection s’ajoute aux premières indications dans la même direction annoncées le mois dernier par le télescope à neutrinos ANTARES, un détecteur sous-marin qui était installé en mer Méditerranée jusqu’à l’année dernière.
Le signal détecté par IceCube est diffus, c’est-à-dire qu’il s’agit d’un surplus global de neutrinos sur le fond gênant de neutrinos que notre propre atmosphère crée continuellement. On sait que ce signal provient du disque de notre galaxie, mais les sources qui le produisent sont actuellement impossibles à élucider.
La réponse peut nous être donnée par le télescope à neutrinos KM3NeT, actuellement en construction et dans lequel il y a une importante participation espagnole. KM3NeT, dont une partie prend déjà des données, sera pleinement opérationnel dans sa configuration finale avant la fin de la décennie. Il a été conçu pour être particulièrement sensible à l’émission de neutrinos dans notre galaxie. L’annonce d’IceCube est donc très positive pour KM3NeT, car ce télescope aura la meilleure résolution angulaire et, donc, celui avec le plus grand potentiel d’identification des sources émettrices. Cela permettra d’étudier en détail les mécanismes d’accélération des particules dans ces sources.
Ces résultats confirment le rôle croissant de l’astronomie des ondes gravitationnelles et des neutrinos, qui devrait nous apporter des découvertes pertinentes dans les années à venir. Les deux techniques de détection partagent également une autre caractéristique : la possibilité qu’elles puissent nous aider à découvrir une “nouvelle physique”, à élucider la nature de la matière noire, des phénomènes de gravité quantique ou des objets exotiques comme les cordes cosmiques, ou encore à observer des phénomènes imprévus par le Modèle Standard de la physique des particules.
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