Pour la deuxième fois seulement, les astronomes ont lié une particule insaisissable appelée neutrino de haute énergie à un objet en dehors de notre galaxie. À l’aide d’installations au sol et dans l’espace, y compris l’observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA, ils ont retracé le neutrino jusqu’à un trou noir déchirant une étoile, un événement cataclysmique uncommon appelé événement de perturbation des marées.



« Les astrophysiciens ont longtemps émis l’hypothèse que les perturbations marémotrices pourraient produire des neutrinos de haute énergie, mais c’est la première fois que nous sommes en mesure de les relier à des preuves d’observation », a déclaré Robert Stein, étudiant au doctorat à l’Electron-Synchrotron allemand (DESY ) centre de recherche à Zeuthen, en Allemagne, et Université Humboldt à Berlin. « Mais il semble que cet événement particulier, appelé AT2019dsg, n’a pas généré le neutrino quand et comment nous nous y attendions. Il nous aide à mieux comprendre comment ces phénomènes fonctionnent. »

Les résultats, dirigés par Stein, ont été publiés dans le numéro du 22 février de Nature Astronomy et sont disponibles en ligne. Les neutrinos sont des particules fondamentales qui dépassent de loin tous les atomes de l’univers mais interagissent rarement avec d’autres matières. Les astrophysiciens s’intéressent particulièrement aux neutrinos de haute énergie, qui ont des énergies jusqu’à 1000 fois supérieures à celles produites par les collisionneurs de particules les as well as puissants de la Terre. Ils pensent que les événements les in addition extrêmes de l’univers, comme les explosions galactiques violentes, accélèrent les particules à presque la vitesse de la lumière. Ces particules entrent ensuite en collision avec la lumière ou d’autres particules pour générer des neutrinos de haute énergie. La première supply confirmée de neutrinos à haute énergie, annoncée en 2018, était un style de galaxie lively appelée blazar.



Les événements de perturbation des marées se produisent lorsqu’une étoile malchanceuse s’égare trop près d’un trou noir. Les forces gravitationnelles créent des marées intenses qui divisent l’étoile en un flux de gaz. La partie arrière du flux s’échappe du système, tandis que la partie avant se retourne, entourant le trou noir d’un disque de débris. Dans certains cas, le trou noir lance des jets de particules rapides. Les scientifiques ont émis l’hypothèse que les perturbations des marées produiraient des neutrinos de haute énergie dans ces jets de particules. Ils s’attendaient également à ce que les événements produisent des neutrinos au début de leur évolution, au pic de luminosité, quel que soit le processus de manufacturing des particules.

AT2019dsg a été découvert le 9 avril 2019 par le Zwicky Transient Facility (ZTF), une caméra robotique de l’observatoire Palomar de Caltech en Californie du Sud. L’événement s’est produit à as well as de 690 thousands and thousands d’années-lumière dans une galaxie appelée 2MASX J20570298 + 1412165, située dans la constellation Delphinus.

Dans le cadre d’une étude de suivi de regimen des perturbations des marées, Stein et son équipe ont demandé des observations visibles, ultraviolettes et aux rayons X avec Swift. Ils ont également pris des mesures de rayons X à l’aide du satellite XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne et des mesures radio avec des installations telles que le très grand tableau Karl G.Jansky de l’Observatoire nationwide de radioastronomie à Socorro, au Nouveau-Mexique, et le télescope MeerKAT de l’Observatoire de radioastronomie sud-africain.

Le pic de luminosité est venu et est parti en mai. Aucun jet clair n’apparut. Selon les prévisions théoriques, AT2019dsg ressemblait à un mauvais candidat neutrino.

Puis, le 1er octobre 2019, l’Observatoire des neutrinos IceCube de la Countrywide Science Foundation de la station Amundsen-Scott South Pole en Antarctique a détecté un neutrino de haute énergie appelé IC191001A et a fait marche arrière le extensive de sa trajectoire jusqu’à un endroit dans le ciel. Environ sept heures in addition tard, ZTF a noté que cette même zone de ciel incluait AT2019dsg. Stein et son équipe pensent qu’il n’y a qu’une seule chance sur 500 que la perturbation des marées ne soit pas la resource du neutrino. Étant donné que la détection a eu lieu environ cinq mois après que l’événement a atteint sa luminosité maximale, elle soulève des queries sur le instant et la manière dont ces événements produisent des neutrinos.

« Les événements de perturbation des marées sont des phénomènes incroyablement rares, qui ne se produisent qu’une fois tous les 10 000 à 100 000 ans dans une grande galaxie comme la nôtre. Les astronomes n’en ont observé que quelques dizaines à ce stade », a déclaré S. Bradley Cenko, chercheur principal de Swift au Goddard Area Flight de la NASA. Centre à Greenbelt, Maryland. « Les mesures multi-longueurs d’onde de chaque événement nous aident à en savoir as well as sur eux en tant que classe, donc AT2019dsg était d’un grand intérêt même sans détection initiale de neutrinos. »

Par exemple, les perturbations des marées génèrent de la lumière visible et UV dans les régions extérieures de leurs disques d’accrétion chauds. Dans AT2019dsg, ces longueurs d’onde ont plafonné peu de temps après avoir atteint un sommet. C’était inhabituel car de tels plateaux n’apparaissent généralement qu’après quelques années. Les chercheurs soupçonnent que le trou noir monstre de la galaxie, avec une masse estimée à 30 hundreds of thousands de fois celle du Soleil, aurait pu forcer les débris stellaires à s’installer dans un disque in addition rapidement qu’il n’aurait pu l’être autour d’un trou noir moins massif.

AT2019dsg est l’une des rares perturbations de marée émettrices de rayons X connues. Les scientifiques pensent que les rayons X proviennent soit de la partie interne du disque d’accrétion, près du trou noir, soit de jets de particules à grande vitesse. Les rayons X de l’explosion se sont estompés à un taux sans précédent de 98% en 160 jours. L’équipe de Stein ne voit pas de preuves claires indiquant la présence de jets et suggère plutôt qu’un refroidissement rapide dans le disque explique très probablement la chute précipitée des rayons X.

Tout le monde n’est pas d’accord avec cette analyse. Une autre explication, rédigée par Walter Wintertime de DESY et Cecilia Lunardini, professeur à l’Arizona State University à Tempe, propose que l’émission provienne d’un jet qui a été rapidement obscurci par un nuage de débris. Les chercheurs ont publié leur interprétation different dans le même numéro de Nature Astronomy.

Les astronomes pensent que l’émission radio dans ces phénomènes provient des particules accélérant le trou noir, soit dans des jets, soit dans des sorties plus modérées. L’équipe de Stein pense que AT2019dsg appartient à cette dernière catégorie. Les scientifiques ont également découvert que l’émission radio se poursuivait régulièrement pendant des mois et ne s’estompait pas avec la lumière obvious et UV, comme supposé précédemment.

La détection des neutrinos, combinée aux mesures multi-longueurs d’onde, a incité Stein et ses collègues à repenser la façon dont les perturbations des marées pourraient produire des neutrinos de haute énergie.

L’émission radio montre que l’accélération des particules se produit même sans jets clairs et puissants et peut bien fonctionner après les pics d’UV et de luminosité noticeable. Stein et ses collègues suggèrent que ces particules accélérées pourraient produire des neutrinos dans trois régions distinctes de la perturbation des marées: dans le disque externe par des collisions avec la lumière UV, dans le disque interne par des collisions avec des rayons X, et dans l’écoulement modéré de particules par des collisions. avec d’autres particules.

L’équipe de Stein suggère que le neutrino d’AT2019dsg provenait probablement de la partie extérieure brillante aux UV du disque, sur la foundation du fait que l’énergie de la particule était as well as de 10 fois supérieure à celle que peuvent atteindre les collisionneurs de particules.

« Nous avons prédit que les neutrinos et les perturbations des marées pourraient être liés, et voir cela pour la première fois dans les données est tout simplement très excitant », a déclaré le co-auteur Sjoert van Velzen, professeur adjoint à l’Université de Leiden aux Pays-Bas. « Ceci est un autre exemple de la puissance de l’astronomie multimessager, utilisant une combinaison de lumière, de particules et d’ondulations spatio-temporelles pour en savoir in addition sur le cosmos. Quand j’étais étudiant diplômé, on prévoyait souvent que cette nouvelle ère de l’astronomie allait arriver, mais maintenant en faire partie est très gratifiant.  »

Vidéo: https://www.youtube.com/view ?v=-_dFQYQCmqk&aspect=emb_logo