Crédit d'image: UW-Madison
Un nouveau télescope logé dans la glace de l'Antarctique a terminé la première carte du ciel des neutrinos à haute énergie. En fait, il regarde vers le bas, à travers la Terre entière pour voir le ciel du Nord pour les neutrinos, qui se déplacent à grande vitesse et traversent presque toute la matière sans entrave. AMANDA II a découvert des neutrinos avec 100 fois l'énergie produite par des expériences en laboratoire sur Terre.
Un nouveau télescope qui utilise la calotte glaciaire antarctique comme fenêtre sur le cosmos a produit la première carte du ciel des neutrinos à haute énergie.
La carte, dévoilée aux astronomes ici aujourd'hui (15 juillet) lors d'une réunion de l'Union astronomique internationale, donne aux astronomes leur premier aperçu alléchant de neutrinos de très haute énergie, des particules fantomatiques qui proviendraient de certains des événements les plus violents de l'univers - l'écrasement des trous noirs, les sursauts gamma et les noyaux violents des galaxies lointaines.
«Ce sont les premières données avec un télescope à neutrinos avec un potentiel de découverte réaliste», explique Francis Halzen, professeur de physique à l'Université du Wisconsin-Madison, à propos de la carte compilée à l'aide d'AMANDA II, un télescope unique construit avec support de la National Science Foundation (NSF) et composé de réseaux de détecteurs de collecte de lumière enfouis dans la glace à 1,5 kilomètre sous le pôle Sud. «À ce jour, c'est la façon la plus sensible de voir le ciel des neutrinos à haute énergie», dit-il.
La capacité de détecter les neutrinos de haute énergie et de les retracer jusqu'à leurs points d'origine reste l'une des quêtes les plus importantes de l'astrophysique moderne.
Parce que les neutrinos cosmiques sont invisibles, non chargés et n'ont presque pas de masse, ils sont presque impossibles à détecter. Contrairement aux photons, aux particules qui composent la lumière visible et à d'autres types de rayonnement, les neutrinos peuvent passer sans entrave à travers les planètes, les étoiles, les vastes champs magnétiques de l'espace interstellaire et même des galaxies entières. Cette qualité - qui les rend très difficiles à détecter - est également leur plus grand atout car les informations qu'ils hébergent sur des événements cosmologiquement éloignés et autrement inobservables restent intactes.
La carte produite par AMANDA II est préliminaire, souligne Halzen, et ne représente qu'une année de données recueillies par le télescope glaciaire. En utilisant deux années supplémentaires de données déjà récoltées avec AMANDA II, Halzen et ses collègues définiront ensuite la structure de la carte du ciel et trieront les signaux potentiels des fluctuations statistiques dans la carte actuelle pour les confirmer ou les réfuter.
La signification de la carte, selon Halzen, est qu'elle prouve que le détecteur fonctionne. «Cela établit les performances de la technologie», dit-il, «et cela montre que nous avons atteint la même sensibilité que les télescopes utilisés pour détecter les rayons gamma dans la même région de haute énergie» du spectre électromagnétique. Des signaux à peu près égaux sont attendus des objets qui accélèrent les rayons cosmiques, dont les origines restent inconnues près d'un siècle après leur découverte.
Plongé profondément dans la glace antarctique, le télescope AMANDA II (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array) est conçu pour regarder non pas vers le haut, mais vers le bas, à travers la Terre vers le ciel dans l'hémisphère Nord. Le télescope se compose de 677 modules optiques en verre, chacun de la taille d'une boule de bowling, disposés sur 19 câbles enfoncés profondément dans la glace à l'aide de perceuses à eau chaude à haute pression. Le réseau transforme un cylindre de glace de 500 mètres de hauteur et 120 mètres de diamètre en un détecteur de particules.
Les modules en verre fonctionnent comme des ampoules à l'envers. Ils détectent et capturent des traînées de lumière faibles et éphémères créées lorsque, à l'occasion, des neutrinos s'écrasent sur des atomes de glace à l'intérieur ou à proximité du détecteur. Les épaves subatomiques créent des muons, une autre espèce de particule subatomique qui, commodément, laisse un sillage éphémère de lumière bleue dans la glace profonde de l'Antarctique. La traînée de lumière correspond à la trajectoire du neutrino et renvoie à son point d'origine.
Parce qu'elle fournit le premier aperçu du ciel des neutrinos à haute énergie, la carte sera d'un intérêt intense pour les astronomes parce que, dit Halzen, "nous n'avons toujours aucune idée de la façon dont les rayons cosmiques sont accélérés ou d'où ils viennent."
Le fait qu'AMANDA II ait maintenant identifié les neutrinos jusqu'à cent fois l'énergie des particules produites par les accélérateurs terrestres les plus puissants laisse entrevoir la possibilité que certains d'entre eux soient relancés au cours de leurs longs voyages par certains des événements les plus énergétiques. dans le cosmos. La capacité de détecter régulièrement des neutrinos de haute énergie fournira aux astronomes non seulement une lentille pour étudier des phénomènes bizarres tels que la collision de trous noirs, mais aussi un moyen d'accéder directement à des informations non modifiées d'événements qui se sont produits sur des centaines de millions ou des milliards d'années-lumière il y a des éons.
"Cette carte pourrait contenir la première preuve d'un accélérateur cosmique", explique Halzen. "Mais nous n'en sommes pas encore là."
La recherche de sources de neutrinos cosmiques sera stimulée à mesure que le télescope AMANDA II grandira à mesure que de nouvelles chaînes de détecteurs seront ajoutées. Les plans prévoient que le télescope atteindra un kilomètre cube de glace instrumentée. Le nouveau télescope, qui sera connu sous le nom de IceCube, rendra le balayage du ciel à la recherche de sources de neutrinos cosmiques très efficace.
«Nous serons sensibles aux prédictions théoriques les plus pessimistes», déclare Halzen. «Rappelez-vous, nous recherchons des sources, et même si nous découvrons quelque chose maintenant, notre sensibilité est telle que nous verrions, au mieux, de l'ordre de 10 neutrinos par an. Ce n'est pas assez bon. "
Source d'origine: communiqué de presse WISC
