Revisiting neutrino event epochs for the blazar PKS 0735+178 with TESS
Cette étude analyse les données de la courbe de lumière optique de TESS du blazar PKS 0735+178 lors d'un sursaut émetteur de neutrinos, révélant des caractéristiques de variabilité distinctes entre ses phases de montée et de déclin et suggérant un lien physique entre les variations optiques observées et les événements de neutrinos multi-époques.
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Au plus profond de l'univers, bien au-delà de notre propre galaxie, se trouvent certains des moteurs les plus violents et les plus énergétiques connus de la science. Il s'agit des noyaux actifs de galaxies, les cœurs brillants de galaxies alimentés par des trous noirs supermassifs qui consomment voracement le gaz et la poussière environnants. Lorsque ces trous noirs se nourrissent, ils lancent souvent des doubles jets de plasma surchauffé, projetés dans l'espace à une vitesse proche de celle de la lumière. Lorsque l'un de ces jets pointe directement vers la Terre, nous voyons un blazar. Ces objets ne sont pas statiques ; ils sont agités, scintillant et flambant avec intensité sur tout le spectre lumineux, des ondes radio aux rayons gamma de haute énergie. Depuis des décennies, les astronomes observent ces blazars pour comprendre comment les trous noirs accélèrent les particules à des énergies aussi extrêmes. Un grand mystère dans ce domaine a été l'origine des particules les plus énergétiques de l'univers, connues sous le nom de rayons cosmiques, et des particules fantômes, presque sans masse, appelées neutrinos, qui sont produites en même temps qu'elles. Bien que nous soupçonnions depuis longtemps que les blazars pourraient être les usines créant ces neutrinos de haute énergie, surprendre un blazar en train d'en produire un a été incroyablement difficile.
Fin 2021, une occasion rare s'est présentée lorsqu'un blazar spécifique, nommé PKS 0735+178, a connu une éruption massive. Au même moment, quatre observatoires de neutrinos différents à travers le monde ont détecté un sursaut de neutrinos de haute énergie provenant de la même zone du ciel dans un intervalle de temps étroit. Cette coïncidence suggérait un lien direct entre la lumière que nous voyons et les particules invisibles arrivant sur Terre. Pour étudier cette connexion, une équipe de chercheurs s'est tournée vers un télescope spatial appelé TESS, qui est habituellement chargé de traquer des planètes mais qui se trouvait par hasard en train d'observer ce blazar pendant son sursaut. En analysant la lumière du blazar avec une précision extrême, l'équipe a cherché à comprendre comment l'objet se comportait lors de l'événement de neutrino et si les changements de luminosité pouvaient expliquer la manière dont ces particules ont été créées.
Les chercheurs ont examiné la courbe de lumière, qui est un graphique montrant comment la luminosité du blazar a changé au fil du temps, en utilisant des données collectées sur trois mois. Ils ont découvert que le blazar a subi un éclairage spectaculaire qui a duré environ 75 jours. La lumière a augmenté relativement lentement, mettant environ deux mois pour atteindre sa luminosité maximale, puis a chuté beaucoup plus rapidement, revenant à des niveaux quasi normaux en seulement quelques semaines. Ce schéma d'une montée lente et d'une chute rapide est une signature commune dans ces explosions cosmiques, indiquant souvent que les particules sont accélérées de manière constante puis perdent leur énergie rapidement. L'équipe a divisé les données en la phase de montée et la phase de décroissance pour voir si le comportement était différent dans chaque partie. Ils ont découvert que la distribution de la lumière pendant la montée était ordonnée, suggérant une injection d'énergie constante, tandis que la décroissance était chaotique et irrégulière, suggérant que la structure du jet se désagrégeait ou devenait turbulente à mesure que l'énergie se dissipait.
Un élément clé de l'étude a consisté à comparer la chronologie des éclats lumineux avec l'arrivée des alertes de neutrinos. Les détections de neutrinos se sont produites pendant le pic de l'éclair optique, la plupart des alertes apparaissant près du maximum optique, tandis qu'une alerte est apparue pendant la phase de décroissance. Ce calendrier est cohérent avec les conditions propices à la production de neutrinos, bien que l'association reste ténue. Les chercheurs ont proposé un scénario où un nouveau nœud de plasma se déplaçant rapidement a été éjecté du trou noir et a rattrapé un nœud plus lent situé devant lui. Lorsque ces deux flux de matière sont entrés en collision, cela a probablement créé l'onde de choc nécessaire pour accélérer les particules aux énergies extrêmes requises pour produire à la fois la lumière brillante et les neutrinos. Le fait que les neutrinos soient arrivés alors que la lumière était proche de son maximum suggère que la collision a eu lieu autour du pic de l'éclair.
L'étude a également examiné la vitesse de ces changements. L'analyse a montré que la lumière du blazar pouvait doubler de luminosité sur une période d'environ 43 jours pendant la montée, mais qu'elle pouvait diviser sa luminosité par deux en seulement 17 jours pendant la chute. Cette différence confirme que le processus de montée en énergie est beaucoup plus lent que le processus de libération de l'énergie. Les chercheurs ont calculé que la région où cette activité se déroulait est vaste, s'étendant sur des centaines de milliers de milliards de kilomètres, mais qu'elle est assez petite pour être contenue dans le jet du blazar. Bien que les données suggèrent un lien possible entre l'éclair optique et l'événement de neutrino, les auteurs précisent avec prudence que ce lien doit être considéré comme suggestif plutôt que concluant, en attendant de nouvelles preuves observationnelles. L'échantillon de blazars connus pour émettre des neutrinos est encore très restreint, et sans davantage d'observations, il est impossible de dire avec certitude que c'est la seule façon dont ces particules sont produites. Cependant, cet examen détaillé de la courbe de lumière offre une image claire des conditions physiques à l'intérieur du jet au moment où les neutrinos sont nés, offrant un indice précieux dans la quête continue pour comprendre les processus les plus énergétiques de l'univers.
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