La particule fantôme qui a semé le doute

Un seul indice. Rien d’autre. C’est ce qu’ont trouvé les chercheurs le 13 février 2023. Un détecteur posé au fond de la mer Méditerranée a capté un neutrino d’une énergie folle. Personne ne s’y attendait.

Ce neutrino transportait 220 PeV. Une énergie dix fois supérieure à tout ce qu’on avait mesuré jusque-là. Et le plus étonnant : le détecteur KM3NeT/ARCA n’était même pas terminé. Il fonctionnait à dix pour cent de sa capacité.

Où est passée la source ?

Le neutrino est arrivé seul. Aucun signal radio, aucune lumière, aucun rayon gamma n’accompagnait sa détection. Impossible de pointer du doigt un objet précis dans le ciel.

Cette absence de trace est en soi une information précieuse.

Les blazars dans le viseur

Les chercheurs ont alors regardé du côté des blazars. Ces objets sont des galaxies lointaines dont le cœur abrite un trou noir supermassif. Celui-ci crache des jets de matière à une vitesse proche de celle de la lumière. Quand un de ces jets pointe vers la Terre, on parle de blazar.

L’hypothèse retenue n’est pas qu’un seul blazar soit responsable, mais toute une population disséminée dans l’univers. Comme un fond sonore plutôt qu’un cri isolé.

Des simulations pour tester l’idée

L’équipe a construit des modèles numériques. Elle a fait varier deux paramètres clés :

• la charge baryonique, qui fixe la part d’énergie portée par les protons ;
• l’indice spectral des protons, qui détermine s’ils peuvent atteindre les énergies extrêmes observées.

À chaque simulation, les chercheurs ont calculé à la fois les neutrinos et les rayons gamma produits. Puis ils ont comparé ces résultats aux données réelles.

Les indices concordent

Deux faits ont renforcé l’hypothèse :

D’abord, aucun autre détecteur de neutrinos n’a vu d’événement aussi énergétique. Les blazars simulent bien cette rareté.

Ensuite, la quantité de rayons gamma produite dans les modèles correspond exactement aux mesures du télescope Fermi de la NASA.

Ce que ça change

Un seul neutrino ne prouve rien. Mais quand on ajoute le silence des autres détecteurs et les mesures de rayons gamma, le scénario des blazars devient cohérent.

C’est ainsi que progresse l’astrophysique aujourd’hui : en croisant des données positives et des absences de signal.

Et demain ?

Quand KM3NeT/ARCA sera terminé, sa sensibilité augmentera. D’autres neutrinos extrêmes pourraient apparaître. Peut-être confirmeront-ils que les blazars sont bien ces accélérateurs cosmiques géants.

En attendant, ce neutrino solitaire nous rappelle que l’univers cache encore des phénomènes bien plus violents que ce que nous imaginons.