Les résultats de l'étude ont été présentés lors d'un webinaire scientifique en ligne, auquel ont participé des experts.
Qu'ont fait les scientifiques ?
Un groupe international d'astronomes pour la première foistrouvé des preuves d'émissions de neutrinos de haute énergie provenant de la galaxie NGC 1068 à une distance de 47 millions d'années-lumière de la Terre. Il est également connu sous le nom de Messier 77 et est situé dans la constellation de Cetus. En raison de sa luminosité et de son activité, NGC 1068 est l'un des objets les plus célèbres et les mieux étudiés. Il a été découvert en 1780 et peut désormais être observé avec de grandes jumelles.
Malgré le fait que les scientifiques en sachent beaucoup sur NGC 1068, observer son activité neutrino cachée n'a pas été si facile. Pourquoi exactement, nous le dirons un peu plus tard.
Comment ont-ils fait ?
Des scientifiques découvrent des neutrinos grâce à un observatoireglaçon. Il s'agit d'un télescope à neutrinos massif couvrant un milliard de tonnes de glace traitée de 1,5 à 2,5 km sous la surface de l'Antarctique près du pôle Sud.
Lorsqu'un neutrino interagit avec des molécules dans la glace claire de l'Antarctique, il produit des particules secondaires qui laissent une traînée de lumière bleue lorsqu'elles traversent le détecteur IceCube.
Crédit d'image et droits d'auteur : Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Il s'agit d'un observatoire unique qui exploreles coins les plus reculés de l'univers ici sur Terre, avec l'aide de neutrinos. C'est grâce à lui que des scientifiques ont rapporté la première observation d'une source de neutrinos de haute énergie en 2018. Nous parlons de l'objet TXS 0506 + 056, un puissant blazar, qui est situé sur l'épaule gauche d'Orion, une constellation à 4 milliards d'années-lumière de la Terre.
La découverte d'une deuxième source de neutrinos de haute énergie et de rayons cosmiques est le résultat de plus de 30 ans de recherche scientifique. Illustration : IceCube/NSF
Lorsque les neutrinos interagissent avec des molécules présentes dans la glace claire de l’Antarctique, ils produisent des particules secondaires. Ils laissent une traînée de lumière bleue lorsqu’ils traversent le détecteur IceCube.
Au total, il a accumulé environ80 neutrinos d'énergie téraélectronvolt de NGC 1068. Comme l'expliquent les auteurs de la nouvelle étude, ils ont pu « capturer » les particules grâce à une mise à jour minutieuse de l'étalonnage du détecteur. Le travail des experts en fonctionnement des équipements a amélioré la reconstruction de la direction des neutrinos. En termes simples, les physiciens ont pu suivre avec plus de précision le cheminement des particules de NGC 1068.
Que sont les neutrinos?
Les neutrinos sont le nom commun des neutresparticules fondamentales à spin demi-entier. Leur particularité est qu'ils ne participent qu'aux interactions faibles et gravitationnelles et appartiennent à la classe des leptons. Les physiciens connaissent désormais trois types de ces particules : les neutrinos électroniques, muoniques et tau, ainsi que leurs antiparticules correspondantes. Une autre caractéristique des neutrinos est qu'ils ont très peu de masse et aucune charge. Ils naissent dans les réactions thermonucléaires des étoiles et les explosions de supernova. .
Schéma du détecteur IceCube. Illustration : IceCube/NSF
L’étude de ces particules constitue l’un des domaines les plus importants de la physique. Avec leur aide, les scientifiques découvrent et étudient des effets qui dépassent le modèle standard.
Modèle standard : théoriqueune construction en physique des particules qui décrit les interactions électromagnétiques, faibles et fortes de toutes les particules élémentaires. La formulation moderne a été achevée il y a environ 20 ans après la confirmation expérimentale de l'existence des quarks.
À l’aide des neutrinos solaires, les astronomes étudient en temps réel les processus qui se produisent sur le Soleil.
Comment "fonctionne" un neutrino ?
Contrairement à la lumière, les neutrinos peuvent s'échapperenvironnements extrêmement denses de l’Univers et atteignent la Terre. La matière et les champs électromagnétiques qui imprègnent l'espace extragalactique n'ont pratiquement aucun effet sur ceux-ci.
Bien que les scientifiques aient proposé une astronomie des neutrinos plusIl y a 60 ans, la faible interaction des particules avec la matière et les rayonnements les rendait incroyablement difficiles à détecter. Mais cela reste très important. Les scientifiques appellent les neutrinos une « clé » qui permettra d’étudier les objets les plus extrêmes de l’espace.
Que sait-on du « fournisseur de neutrinos » galactique ?
Comme c'est le cas pour la Voie Lactée,NGC 1068 est une galaxie spirale barrée avec des bras faiblement enroulés et un renflement central relativement petit. Cependant, contrairement à notre galaxie, NGC 1068 est un objet actif. Cela signifie que la majeure partie du rayonnement n’est pas produite par les étoiles, mais par la matière tombant dans le trou noir central. Il est des millions de fois plus massif que le Soleil et même que Sagittarius A*, un trou noir inactif au centre de notre galaxie.
Image Hubble de la galaxie spirale NGC 1068. Crédit : NASA/ESA/A. van der Hoeven
NGC 1068 appartient également aux galaxies de Seyfert de type II.
Galaxie de Seyfert - spirale ouune galaxie irrégulière avec un noyau actif, dont le spectre d'émission contient de nombreuses larges bandes lumineuses, indiquant de puissantes émissions de gaz à des vitesses pouvant atteindre plusieurs milliers de kilomètres par seconde. Les objets de type II ont un noyau brillant caractéristique et apparaissent également brillants lorsqu'ils sont observés dans l'infrarouge.
le problème principal
NGC 1068 est visible depuis la Terre sous un angle tel qu'illa région centrale où se trouve le trou noir est cachée à l’observation. Les processus qui s'y déroulent restent un mystère. Également dans les galaxies Seyfert de type II, un tore de poussière nucléaire obscurcit la majeure partie du rayonnement de haute énergie. Il est produit par une masse dense de gaz et de particules qui se déplacent lentement et en spirale vers le centre de la galaxie.
Tout cela, plus les radiations, devrait bloquerrayons gamma. Sinon, ils « accompagneraient » les neutrinos et aideraient les scientifiques. Maintenant que les physiciens ont calibré les détecteurs d'IceCube et détecté des particules insaisissables provenant du cœur de NGC 1068, ils en apprennent davantage sur l'environnement autour des trous noirs supermassifs, sans prendre en compte les rayons gamma.
Pourquoi est-il si important de compter les neutrinos des galaxies ?
Selon les auteurs de l'étude, grâce àLes mesures de neutrinos de TXS 0506+056 et NGC 1068 IceCube sont un pas de plus vers la réponse à la question sur l'origine des rayons cosmiques que les scientifiques se posent depuis plus de cent ans.
Vue du laboratoire IceCube au crépuscule.
Crédit et droits d'auteur : Martin Wolf, IceCube/NSF
Les scientifiques savent désormais de quoi il s'agitdes flux de particules chargées séparées et sans rapport qui « volent » depuis l’espace à une vitesse énorme. Ils sont dominés par des protons, mais contiennent également des électrons, des noyaux d'hélium et des éléments chimiques plus lourds.
De plus, l'étude a aidé les scientifiques à comprendre qu'il pourrait y avoir beaucoup plus d'objets de ce type dans l'univers. Ils doivent encore être identifiés.
Et ensuite?
À l'avenir, NGC 1068 deviendra une référence pourtélescopes à neutrinos, selon les auteurs de l'étude. Oui, c'est déjà un objet très bien étudié par les astronomes. Mais les neutrinos permettront aux scientifiques de voir cette galaxie d’une manière complètement différente.
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Sources:
Preuve de l'émission de neutrinos de la galaxie active voisine NGC 1068, Science (2022)
Les neutrinos révèlent une activité galactique cachée, Science (2022)
Couverture : galaxie spirale barrée NGC 1068
Contributeurs : NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)