Après 14 ans d’écoute, Super-Kamiokande entend le murmure de chaque supernova ayant jamais explosé
Image à la une: L’intérieur du détecteur Super-Kamiokande, montrant 50 000 tonnes d’eau ultrapure bordées de tubes photomultiplicateurs ; crédit : Kamioka Observatory, ICRR, The University of Tokyo
Sous une montagne au Japon, un réservoir de 50 000 tonnes d’eau ultrapure a détecté ce qu’aucun instrument humain n’avait jamais capté auparavant : le murmure collectif de chaque étoile massive morte en supernova au cours des 13 derniers milliards d’années.
L’expérience Super-Kamiokande, enterrée à 1 000 mètres sous terre dans l’observatoire de Kamioka, a identifié ce qui semble être le premier signal du fond diffus de neutrinos de supernova (DSNB) après avoir analysé 14 années de données d’observation. Le résultat a été présenté le 25 juin à la conférence Neutrino 2026 à l’Université de Californie à Irvine.
Les neutrinos sont les deuxièmes particules les plus abondantes dans l’univers, mais ils interagissent à peine avec la matière ordinaire. Ces « particules fantômes » sans charge et presque sans masse traversent l’espace à près de la vitesse de la lumière, environ 100 000 milliards passant à travers chaque corps humain chaque seconde. Seul un neutrino environ interagira avec la matière au cours d’une vie moyenne.
Un milliard d’années de morts stellaires
Les supernovae à effondrement de cœur se produisent lorsque des étoiles bien plus massives que le Soleil épuisent leur carburant nucléaire et que leur cœur s’effondre soudainement, déclenchant une onde de choc qui déchire les couches externes. Chaque explosion dépasse brièvement en luminosité une galaxie entière et laisse derrière elle soit une étoile à neutrons, soit un trou noir. Crucialement, ces événements libèrent également un torrent de neutrinos qui emportent la majeure partie de l’énergie de l’explosion.
Le DSNB est le flux de neutrinos accumulé de chaque supernova à effondrement de cœur survenue dans l’univers observable depuis la formation des premières étoiles. Les supernovae se produisent plusieurs fois par seconde quelque part dans le cosmos, donc le fond est continu. Mais il est aussi extrêmement ténu, c’est pourquoi les chercheurs parlent d’un murmure plutôt que d’un cri.
« Le fond diffus de neutrinos de supernova est un objectif longtemps chéri depuis le début du projet Super-Kamiokande », a déclaré Hiroyuki Sekiya de l’Université de Tokyo. « Observer la première indication mondiale de celui-ci est une réalisation profondément significative. »
La détection fonctionne grâce au rayonnement Tcherenkov : lorsqu’un neutrino interagit occasionnellement avec une molécule d’eau, il produit un faible éclair de lumière bleue que les 13 000 tubes photomultiplicateurs du réservoir peuvent enregistrer. En 14 ans, l’équipe a accumulé suffisamment de ces événements pour séparer statistiquement le signal du DSNB du bruit de fond.
Ce que les murmures nous disent
La détection confirme que les chercheurs peuvent désormais étudier l’histoire intégrée des morts stellaires à travers le temps cosmique. Le DSNB contient des informations sur le taux de supernovae, les types d’étoiles qui les produisent et les environnements dans lesquels elles se produisent. Il aide également les scientifiques à comprendre comment l’univers s’est enrichi en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, les métaux forgés dans les explosions stellaires et dispersés à travers les galaxies.
Le signal actuel est encore au seuil de signification statistique, et l’équipe prévient qu’une confirmation complète nécessitera davantage de données. Les travaux futurs combineront les observations en cours de Super-Kamiokande avec son successeur, Hyper-Kamiokande, un détecteur beaucoup plus grand actuellement en construction au Japon.
« Super-Kamiokande continuera à prendre des données aux côtés de son successeur, Hyper-Kamiokande, pour améliorer encore la sensibilité dans de futures études collaboratives », a déclaré Yosuke Ashida de l’Université de Tōhoku.
Pour l’instant, l’humanité a entendu le bourdonnement fantomatique de 13 milliards d’années de violence stellaire, et il est exactement aussi ténu que la physique l’avait prédit.
Traduit par Lydie