Les éruptions gamma des blazars peuvent s’accompagner d’émissions de neutrinos à haute énergie. Pour mieux comprendre ce phénomène, une équipe de recherche internationale a analysé statistiquement 145 blazars brillants. Ils ont construit des courbes de lumière groupées hebdomadaires et utilisé un algorithme bayésien, constatant que leur échantillon était dominé par des blazars avec de faibles cycles de service et fractions d’énergie. L’étude suggère que les neutrinos de haute énergie des blazars pourraient être produits principalement pendant la phase d’éruption.
Les blazars appartiennent à la famille des noyaux galactiques actifs appelés quasars. Ce qui les différencie des quasars est que les fusées éclairantes éjectées de ces noyaux galactiques actifs sont pointées vers la Terre. Ces éruptions contiennent des rayons cosmiques de haute énergie qui sont émis depuis le cœur de ces galaxies sous forme de jets s’étendant sur plusieurs années-lumière. Ces rayons cosmiques peuvent interagir avec les photons pour produire des particules subatomiques appelées neutrinos.
On pense que les éruptions gamma des blazars sont les principaux événements à l’origine de la détection des neutrinos dans le ciel. En 2017, le détecteur de neutrinos du pôle Sud « IceCube » a détecté un événement de neutrinos de haute énergie dont les horaires et la position dans le ciel nocturne coïncidaient avec l’éclat d’un blazar appelé TXS 0506+056. Certains scientifiques suggèrent qu’il pourrait exister une population de blazars dont les éruptions seraient accompagnées d’émissions de neutrinos de haute énergie. Cependant, la relation entre l’activité de torchage du blazar et le flux de neutrinos n’est pas encore bien comprise.
À cet égard, une équipe de recherche internationale, dirigée par le professeur Kenji Yoshida du Département des systèmes d’information électroniques de l’Institut de technologie Shibaura, au Japon, a récemment effectué une analyse statistique complète pour comprendre la contribution des éruptions gamma à l’émission de neutrinos. L’équipe comprenait Maria Petropoulou de l’Université nationale et capodistrienne d’Athènes, Kohta Murase de l’Université d’État de Pennsylvanie et Foteini Oikonomou de l’Université norvégienne des sciences et technologies. Leur article a été publié dans le volume 954, numéro 2 de Le journal d’astrophysique le 6 septembre 2023.
Les chercheurs ont analysé 145 blazars, 144 d’entre eux tirés de la liste des sources surveillées par le télescope à grande surface de Fermi et comprenant TXS 0506+056, dans cette étude. Ils ont d’abord calculé une moyenne hebdomadaire du flux de rayons gamma des blazars et tracé leurs courbes de lumière. L’équipe a ensuite dérivé le cycle de service du torchage (fraction du temps passé en état de torchage) et la fraction d’énergie correspondante à partir de ces courbes à l’aide d’un algorithme de blocs bayésiens, une méthode statistique utilisée pour identifier les changements dans une série temporelle.
« Nous constatons que les blazars avec des cycles de service de torche et des fractions d’énergie plus faibles sont plus nombreux parmi notre échantillon. Leurs cycles de service de torche et fractions d’énergie représentent des distributions de type loi de puissance, fortement corrélées les unes aux autres. Nous avons trouvé une différence significative entre les sous-classes de blazar pour le cycles de service des torches au niveau significatif de 5 % », explique le professeur Yoshida, soulignant les principaux résultats de leur analyse.
Les chercheurs ont évalué le flux d’énergie des neutrinos de chaque éruption de rayons gamma, en utilisant une relation d’échelle générale pour les luminosités des neutrinos et des rayons gamma avec un exposant de pondération d’une loi de puissance de 1,0 à 2,0, normalisé au flux de rayons gamma ou de rayons X au repos. de chaque blazar. Ils ont également constaté que la distribution des éruptions gamma indique que l’émission de neutrinos blazar peut être dominée par des éruptions pour l’exposant de pondération > 1,5. De plus, en comparant leurs prévisions de neutrinos pour chaque blazar sur des périodes d’une semaine et de 10 ans à la sensibilité intégrée dans le temps d’IceCube, l’équipe a fixé des limites supérieures à la contribution des éruptions au flux de neutrinos diffus isotrope.
Le professeur Yoshida remarque : « Nous espérons que cette étude contribuera à améliorer notre compréhension de la contribution des blazars aux neutrinos astrophysiques. L’application de la présente méthode à d’autres observations pourrait potentiellement contribuer à l’avancement des connaissances scientifiques sur l’origine des neutrinos astrophysiques. « .