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Neutrinos : les astronomes amateurs volent au secours des astrophysiciens

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Les neutrinos, ces particules exotiques émises en grand nombre lorsqu'une supernova explose, restent très difficiles à détecter en raison de leur faible masse et de leur faible interaction avec la matière. Il est également difficile de déterminer leur provenance. Le professeur John Beacom et son équipe ont proposé deux scénarios permettant de mettre en évidence des neutrinos provenant de supernovae proches. L'un d'entre eux fait appel à un réseau d'astronomes amateurs. Alors, tous à vos télescopes, il est temps de porter secours aux astrophysiciens !

Armé de votre télescope préféré (mais de plus grande taille que celui-ci !), vous pourriez bien aider les scientifiques dans leur chasse aux supernovae et aux neutrinos ! (Crédits : http://www.aventurec.com)
La supernova de Kepler (SN1604) Lors de leur explosion, les supernovae produisent des quantités considérables de neutrinos (Crédits : NASA)

Les neutrinos

Le postulat de l'existence des neutrinos a été proposé par Wolfgang Pauli, en 1930. Il les définissait comme des particules de charges neutres qui naissent au sein des réactions nucléaires.

Les neutrinos sont dépourvus de charge électrique et ont une masse presque nulle. Ils ne sont pas soumis à l'interaction forte, n'interagissent pas avec la matière et voyagent à une vitesse proche de celle de la lumière. Ils peuvent être de trois types : électroniques, muoniques ou tauiques, associés respectivement à l'électron, au muon et au tau.

Détecter des neutrinos est une tâche ardue, car la probabilité d'interaction entre un neutrino et une particule ordinaire (i.e un neutron ou un proton) est très faible. Pour augmenter les chances d'en capturer un, et ainsi construire un détecteur à neutrinos, il faut concentrer une grande quantité de particules ordinaires. C'est pour cela que l'on fait appel à de gigantesques cuves remplies de liquide (gallium, eau lourde...) et aux parois bardées de détecteurs amplificateurs d'images, placées sous terre pour réduire au maximum l'interférence avec le rayonnement cosmique.

Les neutrinos peuvent naître dans les accélérateurs à particules - par bombardement - et dans le cœur des centrales nucléaires, mais ils peuvent surtout être les témoins de l'explosion d'une supernova. En effet, ces phénomènes produisent d'énormes quantités de neutrinos.

Le détecteur à neutrinos de Sudbury, au Canada (Crédits : Ernest Orlando/LBNL/SNO)

Chaque année, un ou deux neutrinos détectés sur Terre proviennent d'une supernova proche

Le professeur de physique et d'astronomie John Beacom et son équipe ont récemment avancé que, chaque année, un ou deux des neutrinos détectés sur Terre étaient issus d'une supernova située dans une galaxie proche de la Voie Lactée.

A l'aide d'un calcul probabiliste, étant donnés la sensibilité des détecteurs actuels et le nombre de supernovae qui apparaissent chaque année dans les galaxies proches, ils ont établi qu'il est fortement improbable qu'un détecteur à neutrinos enregistre deux particules en l'espace de 10 secondes, sans que celles-ci proviennent de la même supernova.

Ils considèrent qu'un neutrino est issu d'une supernova située dans une galaxie proche quand l'un des deux scénarios suivants se produit :

  • Un détecteur au sol enregistre deux neutrinos en l'espace de dix secondes ;
  • Un astronome - amateur ou non - observe une supernova et transmet l'information aux scientifiques en charge des détecteurs, qui vérifient « après-coup » les enregistrements de leurs instruments. S'ils se rendent compte qu'un neutrino a été détecté au même moment, le test est rempli.

L'équipe insiste donc sur l'importance des astronomes amateurs, qui peuvent, dans un laps de temps relativement court, observer des supernovae et transmettre leurs découvertes aux chercheurs. « Même avec leurs télescopes modernes, les professionnels ne peuvent pas scruter toute la voûte céleste à chaque instant. Par contre les astronomes amateurs sont présents partout. Avec de petits télescopes, ils peuvent apercevoir les supernovae proches, qui sont très brillantes - et souvent plus brillantes que leur galaxie hôte. », a expliqué John Deacom à ce sujet.

Il faut cependant relativiser. Ce que Deacom appelle « petit télescope » est un instrument moins performant que ceux des observatoires, mais tout de même beaucoup plus que la moyenne des télescopes présents sur le marché. Mais Hasan Yüksel, chercheur dans l'Ohio, renchérit en affirmant qu'aujourd'hui, beaucoup d'astronomes qu'on appelle amateurs sont en réalité des « professionnels amateurs », et ajoute que sur les neuf supernovae observées dans des galaxies proches depuis 2002, plus de la moitié l'ont été par des amateurs.

Les astronomes amateurs au secours des astrophysiciens

Plus de cent ans après la première observation d'une supernova dans le ciel, les scientifiques ne comprennent toujours pas les mécanismes qui régissent ces phénomènes. Quand ils cherchent à modéliser informatiquement une supernova, l'explosion commence puis tourne court : « Si nous ne parvenons pas à faire exploser une supernova par ordinateur, c'est que nous oublions quelque chose. C'est pour ça que nous devons trouver ces neutrinos ! »

Beacom recommande aux scientifiques en charge des détecteurs de sonner l'alarme dès que deux particules sont détectées en l'espace de dix secondes. Comme les supernovae produisent des neutrinos très tôt, ces particules atteignent la terre bien avant que les étoiles soient visibles au télescope. Ainsi, une annonce immédiate permettrait de mieux suivre l'évolution des supernovae.

D'autre part, il conseille aux astronomes amateurs qui aperçoivent une supernova dans une galaxie proche de demander aux scientifiques de vérifier après-coup les enregistrements des détecteurs, afin d'y détecter éventuellement la signature de neutrinos.

Alors, si vous souhaitez porter secours aux scientifiques qui chassent les neutrinos, précipitez-vous sur votre télescope et observez les galaxies proches de la Voie Lactée. Une tache brillante ? Prenez votre téléphone, il s'agit peut-être d'une supernova !

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