Deux études, dont les résultats intitulés «Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert» (disponibles en pdf) et «Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A» sont publiés dans la revue Science, ont permis d'apporter un début de solution à l’énigme des phénomènes cosmiques les plus puissants du cosmos.

Rappelons tout d'abord que les rayons cosmiques, découverts en 1912, sont des «particules électriquement chargées (protons, électrons, noyaux atomiques) qui proviennent surtout du Soleil. Cependant, les plus énergétiques, «accélérés à une vitesse approchant celle de la lumière» viennent d’autres galaxies que la nôtre. Comme «ces astroparticules ne sont pas 'traçables', car, du fait de leur charge électrique, «leur course est déviée par les champs magnétiques qu’elles rencontrent», leur source est inconnue.

Une méthode indirecte peut néanmoins permettre «d’identifier l’origine de ces rayons cosmiques de très haute énergie», car un autre type de particules leur sont associées: les neutrinos. En effet, «dans les régions où les rayons cosmiques sont accélérés», il y a beaucoup de photons et de matière, qui «vont interagir avec la matière et le rayonnement ambiants». Ainsi, des neutrinos de haute énergie, sont créés «qui sont des sous-produits de ces rayons cosmiques». Leur avantage est qu'ils sont dénués de charge électrique et donc «indifférents aux champs magnétiques». En conséquence, ils «traversent le cosmos en ligne droite».

C'est la détection de l'un d'entre eux le 22 septembre 2017, au pôle Sud par l’instrument IceCube (*) qui apporte un début de solution à l'énigme énoncée plus haut. IceCube, «le plus grand chasseur de neutrinos du monde», est installé entre 1450 et 2450 mètres sous la surface. Le dispositif correspond «à un kilomètre cube de glace au sein duquel ont été placés quelque 5000 capteurs».

Ces dimensions se justifient parce que les neutrinos sont des particules qui «interagissent très peu avec la matière (des centaines de milliards d’entre eux traversent votre corps à chaque seconde sans que cela vous empêche de dormir), il faut un énorme détecteur pour en prendre un au piège de temps en temps».

Ainsi, grâce au système de détection d’IceCube, il est apparu que le neutrino de haute énergie, qui a interagi avec la glace et déposé sa trace, provenait «d'un petit coin de la constellation d’Orion». Une alerte, envoyée «quarante-trois secondes après la détection», a «déclenché une séquence automatique d’observations, dans les domaines des ultraviolets et des rayons X, par les télescopes spatiaux Swift et NuSTAR de la NASA, ainsi que par treize observatoires tout autour du monde».

Cette collaboration a rapidement conduit à identifier dans la zone un 'suspect': le 'blazar' en phase active TXS 0506 + 056» (**) [Un blazar, «contraction de 'blazing quasar' ('quasar flamboyant' en français)», est «une galaxie dont le cœur est occupé par un trou noir gargantuesque» autour duquel «gravite un disque de matière surchauffée qui, petit à petit, est avalée par le trou noir»].

Deux jets de particules chargées s’échappent de ce blazar à «une vitesse proche de celle de la lumière» et s'il semble si flamboyant vu de la Terre, «c’est parce que nous nous trouvons précisément dans l’axe d’un de ces cônes».

Pour tenter de démontrer que TXS 0506 + 056 était bien «le parent du neutrino observé», une première analyse statistique complexe a été menée qui a abouti à donner une probabilité «d’une chance sur mille» qu’il s’agisse d’une simple coïncidence. Néanmoins, cette valeur «laisse un degré d’incertitude peu tolérable pour des physiciens».

Pour la réduire, l'équipe d’IceCube s’est «replongée dans ses archives et a déniché une douzaine d’autres neutrinos provenant de la direction de TXS 0506 + 056», ce qui a fait tomber cette probabilité «à une chance sur cinq mille». Cependant, ce rapport «ne répond pas encore aux standards très rigoureux de l’astrophysique».

En tout cas, cette identification vraisemblable d’une source de rayons cosmiques constitue un pas de plus vers un nouvel âge de l'astrophysique, «celui de l’astronomie 'multimessagers'».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) IceCube

Lien externe complémentaire (source Simbad)

(**) TXS 0506 + 056 (QSO B0506+056)