Jusqu'à aujourd'hui, le seul autre blazar qui a été clairement associé à un neutrino extragalactique est TXS 0506+056 qui se trouve beaucoup plus près, à un redshift z = 0.3365±0.0010 (9,94 Gigannées après le Big Bang). Comme les neutrinos interagissent faiblement avec la matière et voyagent sans être déviés dans les champs magnétiques, ils fournissent ainsi des informations clés sur des environnements cosmiques extrêmes qui seraient autrement opaques. Les neutrinos les plus énergétiques qui sont détectés par le détecteur géant IceCube sont générés par des interactions impliquant des processus photohadroniques (réactions pγ) ou hadroniques (réaction pp). Les cascades hadroniques produisent également des émissions électromagnétiques à des énergies plus basses. Divers types d'émetteurs de photons gamma extragalactiques ont été proposés comme étant des sources potentielles de neutrinos, tels que les jets de noyaux galactiques actifs (AGN), les sursauts gamma, les événements de destruction maréale d'étoiles, ainsi que les amas de galaxies. On se souvient que la collaboration IceCube avait publiée en 2022 la détection de quelques neutrinos provenant de la galaxie de Seyfert voisine, NGC 1068 et surtout de son noyau actif.
Outre les informations spatiales, les informations temporelles sont également cruciales pour déterminer l’origine des neutrinos extragalactiques. Dans le cas du blazar TXS 0506+056, IceCube avait détecté un neutrino muonique de 0,3 PeV (IC-170922A) qui lui était coïncident spatialement et au moment même où le blazar connaissait des éruptions sans précédent visibles en multi longueurs d'ondes. Rappelons que les blazars sont une sous-classe de quasars, dont les puissants jets relativistes sont alignés avec notre ligne de visée. Les blazars, qui constituent la population dominante dans le ciel extragalactique de rayons γ, présentent des émissions de jets non thermiques renforcées par Doppler, qui sont très variables et qui couvrent une large gamme de régimes énergétiques allant de la radio aux rayons γ de très haute énergie.
L'un des blazars émetteurs gamma les plus brillants, PKS 1502+106, se trouve également dans la région d'incertitude de localisation d'un autre événement neutrino nommé IC-190730A, mais la corrélation entre les deux n'a pas pu être mise en évidence avec robustesse. Lorsque le neutrino a été détecté, ce blazar était dans un état de repos pour la plage de l'optique jusqu'aux rayons γ, mais en revanche avec une émission radio à haut niveau de flux.
Le blazar NVSS J171822+423948 avait été identifié comme la contrepartie à basse énergie de la source gamma 4FGL J1718.5+4237, qui est l'unique source de rayons γ identifiée dans le même région du ciel que celle de l'événement neutrino IC-201221A détecté par IceCube. C'est le 21 décembre 2020 que cet événement neutrino de type trace a été détecté avec une énergie de 0,174 PeV, donnant une probabilité de 56,4 % d'être d'origine astrophysique.
Et Xiong Jiang (université de Guizhou) et ses collaborateurs ont observé que quelques dizaines de jours après la détection du neutrino par IceCube, une activité de rayons γ avec un flux décuplé a été détecté en provenance du blazar, et ce, après une longue période de repos de 12 ans, où aucun photon gamma n'avait été détecté par Fermi-LAT en provenance de cette source. D'autre part, les chercheurs indiquent qu'une éruption optique a également été identifiée par le Zwicky Transient Facility 115 jours après le jour d'arrivée du neutrino, ainsi qu'un flux infrarouge élevé par le Wide-field Infrared Survey Explorer. L'étude approfondie de la source gamma 4FGL J1718.5+4237 qui est l'unique source de rayons γ connue dans la région d'incertitude angulaire d'IC-201221A indique que deux sources radio apparaissent dans son rayon de localisation, avec l'une des deux qui coïncide avec les émissions de rayons γ et optiques/infrarouges qui sont détectées.
Les chercheurs chinois ont ensuite effectué des simulations Monte Carlo, prenant en compte à la fois les informations spatiales et temporelles, pour calculer la probabilité d'une coïncidence fortuite. Ils trouvent une probabilité de coïncidence fortuite de 3%, suggérant que le blazar NVSS J1718+4239 est un émetteur possible de neutrinos.
Et le spectre optique révèle des raies d'émission avec un redshift z = 2,68 ± 0,01 (c'est à dire que le blazar se trouve 2,46 Gigannées après le Big Bang, ce qui veut aussi dire que les photons et le neutrino ont voyagé durant plus de 11 milliards d'années). Il s'agirait donc du premier blazar candidat émetteur de neutrinos avec un redshift supérieur à 2.
Les futures campagnes à multi-longueurs d'onde, notamment des observations de rayons X dans lesquelles les contributions de cascades de paires du processus de Bethe–Heitler (production de paires électron-positron à partir de photons gammas dans le champ coulombien d'un noyau atomique) peuvent être non négligeables, ainsi qu'une modélisation théorique détaillée du spectre en énergie devraient permettre d'étudier plus en détail les propriétés de jet du blazar et sa connexion avec le neutrino détecté, en attendant d'en détecter un ou plusieurs autres.
Source
The Awakening of a Blazar at Redshift 2.7 Temporally Coincident with the Arrival of Cospatial Neutrino Event IceCube-201221A
Xiong Jiang et al.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 965, Number 1 (2024 April 4)
Illustrations
1. Flux gamma détecté par Fermi-LAT avant (à gauche) et après (à droite) la détection du neutrino IC-201221A
2. Vue d'artiste du télescope gamma Fermi-LAT (NASA)
3. Schéma du détecteur IceCube installé en Antarctique sur la base Amundsen Scott (IceCube collaboration)
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