Des neutrinos de haute énergie pourraient provenir de trous noirs déchirant des étoiles

Des neutrinos de haute énergie pourraient provenir de trous noirs déchirant des étoiles
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Lorsqu’une étoile s’approche trop près d’un trou noir, des étincelles jaillissent. Et, potentiellement, il en va de même pour les particules subatomiques appelées neutrinos.

Un spectacle de lumière spectaculaire se produit lorsqu’un trou noir supermassif déchire une étoile capricieuse. Maintenant, pour la deuxième fois, un neutrino de haute énergie a été repéré qui pourrait provenir de l’un de ces «événements de perturbation des marées», rapportent des chercheurs dans une étude acceptée en Lettres d’examen physique.

Ces particules légères, qui n’ont pas de charge électrique, traversent le cosmos et peuvent être détectées dès leur arrivée sur Terre. Les origines de ces neutrinos rapides sont un grand mystère en physique. Pour les créer, les conditions doivent être réunies pour accélérer drastiquement les particules chargées, qui produiraient alors des neutrinos. Les scientifiques ont commencé à aligner des candidats probables pour les accélérateurs de particules cosmiques. En 2020, des chercheurs ont signalé le premier neutrino lié à un événement de perturbation de marée (SN : 26/05/20). D’autres neutrinos ont été liés à des noyaux galactiques actifs, des régions brillantes au centre de certaines galaxies (SN : 12/07/18).

Découvert en 2019, l’événement de perturbation des marées signalé dans la nouvelle étude s’est démarqué. « C’était extraordinairement lumineux ; c’est vraiment l’un des transitoires les plus brillants jamais vus », explique le physicien des astroparticules Marek Kowalski de Deutsches Elektronen-Synchrotron, ou DESY, à Zeuthen, en Allemagne.

Les transitoires sont des éruptions de courte durée dans le ciel, telles que les événements de perturbation des marées et les explosions d’étoiles appelées supernovas. D’autres observations de l’explosion brillante ont révélé qu’elle brillait dans l’infrarouge, les rayons X et d’autres longueurs d’onde de lumière.

Environ un an après la découverte de l’éruption, l’observatoire de neutrinos antarctique IceCube a repéré un neutrino de haute énergie. En retraçant le chemin de la particule vers l’arrière, les chercheurs ont déterminé que le neutrino provenait du voisinage de l’éruption.

L’affrontement entre les deux événements pourrait être une coïncidence. Mais lorsqu’il est combiné avec le neutrino précédent qui était lié à un événement de perturbation des marées, le cas devient plus fort. La probabilité de trouver deux de ces associations par hasard n’est que d’environ 0,034 %, selon les chercheurs.

On ne sait toujours pas comment les événements de perturbation des marées produiraient des neutrinos de haute énergie. Dans un scénario proposé, un jet de particules projeté loin du trou noir pourrait accélérer les protons, qui pourraient interagir avec le rayonnement environnant pour produire les neutrinos rapides.

«Nous avons besoin de plus de données… pour dire s’il s’agit ou non de véritables sources de neutrinos», déclare l’astrophysicien Kohta Murase de la Penn State University, co-auteur de la nouvelle étude. Si le lien entre les neutrinos et les événements de perturbation des marées est réel, il est optimiste que les chercheurs n’auront pas à attendre trop longtemps. “Si tel est le cas, nous en verrons plus.”

Mais les scientifiques ne sont pas tous d’accord pour dire que l’éruption était un événement de perturbation des marées. Au lieu de cela, il aurait pu s’agir d’un type de supernova particulièrement brillant, suggèrent l’astrophysicienne Irene Tamborra et ses collègues dans le 20 avril Journal astrophysique.

Dans une telle supernova, il est clair que des neutrinos énergétiques pourraient être produits, explique Tamborra, de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague. Les protons accélérés par l’onde de choc de la supernova pourraient entrer en collision avec des protons dans le milieu qui entoure l’étoile, produisant d’autres particules qui pourraient se désintégrer pour former des neutrinos.

Ce n’est que récemment que les observations de neutrinos de haute énergie et de transitoires se sont suffisamment améliorées pour permettre aux scientifiques de trouver des liens potentiels entre les deux. « C’est excitant », dit Tamborra. Mais comme le montre le débat sur l’origine du neutrino nouvellement détecté, “en même temps, il révèle beaucoup de choses que nous ne savons pas”.

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