C’est un cliché totalement inédit qui vient d’être pris d’une région du ciel pourtant très familière, la Voie lactée. On y distingue sa forme de crêpe allongée, avec, au centre, une zone plus brillante correspondant à la position du trou noir supermassif Sagittarius A*. La nouveauté est que l’image ne provient pas d’une lumière visible, ni infrarouge, ni d’ondes radio, ni même de rayons gamma.
Les messagers célestes qui ont frappé le télescope sont des neutrinos, des particules sans charge électrique, presque sans masse et interagissant peu avec la matière. Et leur intérêt est qu’ils vont permettre d’éclairer en partie l’un des grands mystères des galaxies, l’origine des rayons cosmiques, ces bombardements au moins aussi énergétiques que les plus puissants accélérateurs de particules terrestres. Derrière ce mystère se cache la machinerie de l’évolution des galaxies : quels atomes lourds sont produits, avec quelle énergie, par quels moyens ? Est-ce bien des explosions de supernova qui envoient ces particules à haute énergie ?
« Les neutrinos sont des traceurs des rayons cosmiques », résume Antoine Kouchner, professeur à l’université Paris Cité et directeur du laboratoire Astroparticule et cosmologie. Un rayon cosmique est, en général, un proton émis lors d’une explosion et qui voyage dans les galaxies, au gré des champs magnétiques. Lorsqu’il entre en collision avec un noyau du milieu galactique, des rayons gamma et des neutrinos sont émis. Mais les premiers peuvent avoir aussi d’autres origines que celle des rayons cosmiques. Seuls les neutrinos trahissent donc la présence de ces rayons et renseignent sur leur répartition dans le ciel.
Sauf que ces particules sont assez insaisissables. Pour parvenir à les prendre en photo, il fallait donc un instrument géant et ingénieux, IceCube, installé par une quinzaine de pays au pôle Sud depuis 2010. Pour multiplier les chances de capture de ces neutrinos, le détecteur est immense, occupant plus de 1 kilomètre cube de glace. Plus de 80 câbles, répartis sur 1 kilomètre carré, s’enfoncent jusqu’à 2 500 mètres sous la croûte glacée et accueillent 5 160 « yeux » sensibles, non pas aux neutrinos directement, mais à la lumière que ceux-ci émettent en percutant le noyau d’un atome quelconque contenu dans la glace.
Pluies parasites
En dix ans, moins de 1 000 neutrinos en provenance de la Voie lactée ont été détectés, comme l’expliquent les plus de trois cents signataires de la publication, le 29 juin, dans Science, révélant leur répartition dans le ciel. « J’espérais que cela arrive et ça s’est produit presque comme nous l’attendions depuis des années », constate Ignacio Taboada, porte-parole de la collaboration IceCube, professeur à l’Institut Georgia Tech. « C’est une excellente nouvelle ! », salue Antoine Kouchner.
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