La Lumière la Plus Ancienne de l'Univers

Lorsqu'une étoile massive s'effondre en étoile à neutrons ou trou noir, elle libère une rafale de neutrinos si intense qu'une explosion stellaire dans une galaxie lointaine peut envoyer des signaux détectables à travers des milliards d'années-lumière d'espace. La détection en 1987 de neutrinos provenant d'une supernova dans le Grand Nuage de Magellan — une galaxie voisine à environ 168 000 années-lumière — a été un moment décisif en astrophysique, ouvrant une nouvelle fenêtre d'observation sur l'un des événements les plus violents de l'univers.

Mais les supernovas proches individuelles sont rares. La grande majorité des morts stellaires se sont produites à des distances cosmologiques, sur toute l'histoire de 13,8 milliards d'années de l'univers. Leurs rafales de neutrinos individuelles, intégrées au fil du temps et de l'espace cosmiques, ont produit un fond de neutrinos reliques qui imprègne l'univers — faible, provenant de toutes les directions et portant des informations sur l'histoire complète de la mort stellaire depuis les premières époques de la formation de structures jusqu'à aujourd'hui.

Ce rayonnement de fond de supernova diffuse a été prédit théoriquement pendant des décennies. Le détecter est le prochain grand objectif de l'astrophysique des neutrinos, et une nouvelle génération de détecteurs profondément souterrains est à portée de le réaliser.

Le Défi Technique

Détecter le fond de supernova diffuse est extraordinairement difficile. Les neutrinos impliqués sont de faible énergie — dans la gamme de quelques dizaines de MeV — et arrivent à un taux d'environ quelques événements par an par mille tonnes métriques de matériau détecteur. Séparer ces véritables signaux astrophysiques des fonds créés par les neutrinos de réacteur, les neutrinos atmosphériques et les désintégrations radioactives dans le détecteur nécessite des détecteurs énormes d'une pureté extraordinaire, exploités profondément sous terre pour se protéger contre les fonds de rayons cosmiques.

Le détecteur Super-Kamiokande au Japon a été le leader mondial dans cette recherche. Les mises à niveau récentes incorporant du gadolinium dans le volume d'eau du détecteur — ce qui améliore considérablement la capacité à identifier les neutrons produits dans les événements de désintégration bêta inverse — ont amené le détecteur à la limite de la sensibilité suffisante pour observer le signal. Les données initiales du détecteur amélioré ont montré des indices intrigants compatibles avec le signal attendu, bien qu'ils n'atteignent pas encore la signification statistique suffisante pour une déclaration de détection définitive.