Collaboration IceCube/US National Science Foundation
L’illustration d’un artiste représente la Voie lactée vue à travers une lentille à neutrinos, qui est représentée en bleu.
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Pour la première fois, des astronomes ont assemblé un portrait lumineux de la galaxie de la Voie lactée à l’aide de « particules fantômes » cosmiques détectées par un télescope intégré dans la glace de l’Antarctique.
Au fil des ans, les astronomes ont présenté de superbes images de la Voie lactée grâce au rayonnement électromagnétique de la lumière visible ou des ondes radio. Mais c’est une nouvelle perspective de notre galaxie basée sur des particules de matière plutôt que sur l’énergie.
Les particules dites fantômes sont neutrinos. Ces minuscules particules cosmiques à haute énergie sont souvent qualifiées de fantomatiques car elles sont extrêmement vaporeuses et peuvent traverser n’importe quel type de matière sans changer.
La recherche a été publiée jeudi dans la revue Science.
“Je me souviens d’avoir dit:” À ce stade de l’histoire humaine, nous sommes les premiers à voir notre galaxie autrement que par la lumière “, a déclaré le co-auteur de l’étude, Naoko Kurahashi Neilson, professeur agrégé de physique à l’Université Drexel, dans un communiqué reflétant quand elle et deux doctorants ont vu l’image pour la première fois.
Les neutrinos n’ont presque pas de masse et peuvent traverser les environnements les plus extrêmes – y compris les étoiles, les planètes et les galaxies entières – sans changer du tout leur structure. Il est probable que des milliards d’entre eux nous traversent chaque jour, et nous ne les ressentons tout simplement pas.
Les particules fantômes sont difficiles à détecter car elles n’interagissent pas souvent avec leur environnement, mais elles interagissent avec la glace. Et la plus forte concentration de glace sur Terre se trouve en Antarctique.
Une équipe internationale de scientifiques a utilisé le Observatoire de neutrinos IceCube à la station du pôle Sud Amundsen-Scott de la National Science Foundation en Antarctique pour détecter les neutrinos et les retracer jusqu’à leurs origines.
Le détecteur IceCube, devenu opérationnel en 2010, est le plus grand du genre. L’observatoire peut surveiller 1 milliard de tonnes de glace antarctique pour les interactions de neutrinos. Pour construire le détecteur, les ouvriers ont foré 86 trous dans la glace, chacun d’une profondeur de 1,5 mile (2,4 kilomètres), et ont déployé un réseau de 5 160 capteurs de lumière sur une grille qui s’étend sur 0,2 mile cube (1 kilomètre cube).
Lorsque les neutrinos interagissent avec la glace, ils créent de faibles motifs lumineux détectés par IceCube. Certains des motifs lumineux pointent vers des régions spécifiques du ciel, ce qui permet aux astronomes de retracer leur origine. Dans un cas de 2018, les scientifiques ont pu utiliser IceCube pour retracer les origines de un neutrino qui a parcouru 3,7 milliards d’années-lumière vers la terre.
Mais d’autres interactions entre les neutrinos et la glace produisent simplement des “boules de lumière floues”, ce qui rend beaucoup plus difficile le traçage de leur chemin vers la Terre, a déclaré Kurahashi Neilson.
Yuya Makino/IceCube/NSF
Le détecteur IceCube est vu sous un ciel nocturne étoilé, avec la Voie lactée apparaissant au-dessus de basses aurores en arrière-plan.
Ensemble, elle et les doctorants Steve Sclafani de l’Université Drexel et Mirco Hünnefeld de l’Université TU Dortmund en Allemagne ont créé un algorithme d’apprentissage automatique pour comparer la taille, l’énergie et la position relative de plus de 60 000 motifs lumineux de neutrinos détectés par IceCube sur 10 ans.
Le trio a passé plus de deux ans à tester l’algorithme avant de lui fournir des données IceCube. Le résultat final était une image montrant des points de lumière brillants à travers la Voie lactée susceptibles d’émettre des neutrinos, créant un nouveau portrait de notre galaxie.
“Voir notre galaxie avec des neutrinos est quelque chose dont nous rêvions, mais qui semblait hors de portée de notre projet pendant de nombreuses années à venir”, a déclaré le co-auteur de l’étude Chad Finley, professeur agrégé de physique à l’Université de Stockholm et membre de l’équipe IceCube, dans un communiqué. . “Ce qui a rendu ce résultat possible aujourd’hui, c’est la révolution de l’apprentissage automatique, qui nous permet d’explorer nos données beaucoup plus profondément qu’auparavant.”
Certains des emplacements identifiés dans l’image sont également le site de rayons gamma précédemment observés créés lorsque les rayons cosmiques sont entrés en collision avec du gaz et de la poussière galactiques. On pense également que de telles interactions créent des neutrinos, mais la définition de sources spécifiques de neutrinos est un objectif clé pour les chercheurs à l’avenir.
“Une contrepartie de neutrino a maintenant été mesurée, confirmant ainsi ce que nous savons de notre galaxie et des sources de rayons cosmiques”, a déclaré Sclafani.
Les chercheurs croient maintenant après avoir vu l’image que les interactions des rayons cosmiques sont plus intenses au centre galactique.
Les rayons cosmiques, les particules les plus énergétiques de l’univers, bombardent la Terre depuis l’espace avec des radiations. Ces particules ionisantes présentes dans notre atmosphère ont été détectées pour la première fois il y a plus de 100 ans, en 1912, par le physicien Victor Hess. Il a déterminé qu’ils venaient de l’espace.
Les rayons cosmiques sont principalement constitués de protons ou de noyaux atomiques qui ont été extraits des atomes, selon la NASA.
Mais ces rayons ont intrigué les scientifiques depuis leur découverte. D’où viennent-ils, et qu’est-ce qui les crée et les lance à travers l’univers ? Les neutrinos pourraient nous le dire.
Maintenant, l’équipe veut étudier des sources spécifiques de neutrinos à travers la galaxie.
“Observer notre propre galaxie pour la première fois en utilisant des particules au lieu de la lumière est un pas énorme”, a déclaré Kurahashi Neilson.
« À mesure que l’astronomie des neutrinos évolue, nous aurons une nouvelle lentille avec laquelle observer l’univers. C’est pourquoi nous faisons ce que nous faisons. Voir quelque chose que personne n’a jamais vu et comprendre des choses que nous n’avons pas comprises.
to amp.cnn.com
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