L'Observatoire de neutrinos IceCube situé au pôle Sud vient d'annoncer, dans la revue Science, avoir détecté des neutrinos à haute énergie (entre 1 et 100 TeV, 10¹² électrons-volts) en provenance de l'intérieur de la Voie lactée.

Ces particules, dont l'existence a été confirmée en 1956, sont présentes un peu partout dans l'univers et traversent les différents corps, dont les nôtres, sans aucune conséquence grave. Une grande majorité d'entre eux est de très faible énergie et a été produite lors du big bang et forme ce que l'on appelle le fond cosmique de neutrinos. D'autres sont émis par le soleil, par les trous noirs ou les supernovas. La plupart des neutrinos de haute énergie proviennent de sources extragalactiques.

Si, en théorie, la Voie lactée devrait émettre des neutrinos de haute énergie se formant lors de l'interaction entre rayons cosmiques, gaz et poussières de la Voie lactée, nous n'en avions jamais détecté. Pourtant, les chercheurs de l'observatoire IceCube espéraient trouver leurs traces dans les données de leur instrument cubique d'un kilomètre cube, composé de plus de 5 000 détecteurs optiques plantés dans la glace du Pôle Sud à plus de 1 500 mètres de profondeur.

IceCube observe les neutrinos de manière indirecte. « Les neutrinos de très haute énergie ayant traversé l’Univers pour ensuite frapper un noyau atomique de la glace sont détectables grâce aux interactions de particules secondaires créées dans la glace. Les réactions nucléaires engendrées par l’interaction d’un seul neutrino génèrent un flot de particules chargées produisant elles-mêmes un flash de lumière bleue, que l’on nomme lumière Tcherenkov », explique le site de la Masterclass D'iceCube. C'est cette lumière que détectent les senseurs optiques de l'instrument scientifique.

Les chercheurs peuvent estimer l'énergie et la direction du neutrino grâce à la forme des signaux détectés et à la quantité d'énergie mesurée. Mais l'estimation de cette direction n'est pas assez précise pour affirmer qu'une partie non négligeable vient de la Voie lactée. En utilisant un algorithme de machine learning sur 10 années de données pour créer des modèles d'émission puis en les comparant à des hypothèses théoriques, ils affirment que «  le signal est cohérent avec une émission diffuse de neutrinos de la Voie Lactée ». Néanmoins, ils ne rejettent pas qu'il « pourrait aussi provenir d'une population de sources ponctuelles non résolues ».