Astronomie neutrino
L'astronomie neutrino regarde le ciel non pas avec la lumière, mais avec des neutrinos. Elle est la branche la plus jeune de l'astronomie et la seule qui puisse voir à l'intérieur des étoiles et dans le cœur de galaxies lointaines.
Pourquoi un nouveau messager était nécessaire
L'astronomie a travaillé pendant des millénaires avec un seul messager : la lumière. Plus tard sont venues s'ajouter les ondes radio, le rayonnement X et le rayonnement gamma — toutes des formes du même champ électromagnétique.
Ce messager a deux faiblesses. Il est absorbé par la poussière et diffusé par le gaz, il ne sort donc pas des régions denses. Et il ne dit rien de l'intérieur d'une étoile, parce que l'énergie met des dizaines de milliers d'années à remonter de là jusqu'à la surface.
Le rayonnement cosmique chargé n'est d'aucun secours : les champs magnétiques le dévient, si bien que sa direction d'arrivée ne révèle rien de son origine.
Les neutrinos n'ont ni l'une ni l'autre de ces faiblesses. Ils volent en ligne droite, parce qu'ils ne portent pas de charge, et ne sont pas arrêtés, parce qu'ils n'interagissent presque pas. Un neutrino venu d'un noyau de galaxie pointe exactement vers celui-ci.
Le Soleil
Depuis l'expérience Homestake, le Soleil est observé avec des neutrinos. Borexino a mesuré ses réactions de fusion une à une et a ainsi établi en 2020 l'existence du cycle CNO — un processus que Hans Bethe avait calculé en 1939 et que personne n'avait vu jusque-là.
À strictement parler, c'est la seule astronomie qui regarde à l'intérieur d'une étoile.
SN 1987A
Le 23 février 1987, trois détecteurs ont enregistré en l'espace de quelques secondes 24 neutrinos au total provenant d'une supernova dans le Grand Nuage de Magellan.
La circonstance décisive : ils sont arrivés des heures avant la lumière. Les neutrinos s'échappent immédiatement du cœur stellaire en effondrement ; la lumière doit d'abord se frayer un chemin à travers les enveloppes extérieures.
Ce n'est donc pas seulement un nouveau champ d'observation qui s'ouvrait, mais aussi le modèle de l'effondrement du cœur qui se trouvait confirmé. Détails sur la page consacrée à SN 1987A.
Le saut vers l'Univers lointain
En 2013, IceCube a annoncé les premiers neutrinos d'énergies dans le domaine du pétaélectronvolt. Leur répartition sur le ciel montrait qu'ils devaient provenir de l'extérieur de notre galaxie.
Il était ainsi établi qu'il existe dans l'Univers des accélérateurs qui portent des particules à des énergies dont les installations terrestres sont éloignées de nombreux ordres de grandeur. Ce que sont ces accélérateurs restait ouvert.
La percée de 2017
Le 22 septembre 2017, IceCube a enregistré un neutrino de haute énergie et a émis en quelques minutes une alerte automatique vers les observatoires du monde entier.
Des télescopes se sont braqués sur l'endroit et y ont trouvé un blazar — le noyau actif d'une galaxie lointaine portant la désignation TXS 0506+056, qui était justement en éruption.
Pour la première fois, un neutrino cosmique isolé a pu être attribué à une source nommée. L'épisode fait figure d'exemple type d'astronomie multi-messagers : un messager signale un événement, d'autres messagers le confirment et livrent des observations complémentaires.
Ce qui a été décisif n'était pas seulement la physique, mais l'organisation — un réseau d'alerte mondial qui réagit assez vite pour attraper une éruption.
Notre propre galaxie
En 2023, IceCube a réussi, à partir de dix ans de données, une carte de la Voie lactée en neutrinos. Sur celle-ci brille le disque galactique — la même structure que l'on voit dans le ciel nocturne sous le nom de Voie lactée, mais dessinée avec des particules au lieu de lumière.
L'état des choses
IceCube au pôle Sud et KM3NeT en Méditerranée observent ensemble la totalité du ciel. En 2025, KM3NeT a signalé un événement d'environ 220 pétaélectronvolts, le neutrino le plus énergétique jamais observé.
Ce qui manque, c'est la statistique. Le nombre de neutrinos cosmiques détectés se situe jusqu'à présent dans les basses centaines — l'astronomie optique travaille avec des milliards d'objets. La prochaine génération de détecteurs doit changer cela.
Notions liées
- IceCube et KM3NeT — les télescopes
- SN 1987A — la première supernova
- Neutrinos solaires
- Muons cosmiques — le bruit de fond
Sources
- Collaboration IceCube et al. : Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A, Science 361, eaat1378 (2018).
- Collaboration IceCube : Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane, Science 380, 1338 (2023).