Les neutrinos du cœur effondré des supernovæ

Une supernova est le phénomène de fin de vie d'une étoile massive. C'est une fin spectaculaire, qui s'accompagne de l'une des plus puissantes générations d'énergie de notre univers.

Les scientifiques estiment que l'effondrement d'une étoile, qui survient lorsqu'elle a consommé tout son 'combustible', engendre de très grandes quantités de neutrinos qui transportent une énorme quantité d'énergie. Les matériaux en chute absorbent certains de ces neutrinos, ce qui les réchauffe et augmente leur volume. Finalement, l'étoile explose.

Des scientifiques financés par l'UE ont utilisé la partie des neutrinos qui s'échappe du cataclysme comme laboratoire astrophysique afin de tester l'évolution de la saveur de ces particules. Le projet DENSE NEUTRINOS (Neutrino oscillations in dense medium: Probing particle physics together with astrophysics and cosmology) s'est donc intéressé aux instabilités de la saveur des neutrinos, résultant des interactions entre ces particules dans les parties les plus internes de l'étoile.

L'analyse de la stabilité linéarisée des équations du neutrino en mouvement a conduit à un outil très utile pour diagnostiquer les instabilités. Ceci a contribué à déterminer l'émergence des conversions de saveur, en se basant sur des profils réalistes de la densité de matière et de neutrinos dans les supernovæ en effondrement. L'équipe de DENSE NEUTRINOS a notamment appliqué cette méthode pour éliminer l'hypothèse d'une symétrie axiale dans la propagation des neutrinos.

Les chercheurs ont découvert une instabilité résultant de l'absence de symétrie azimutale (multi-azimuth-angle), en sus de l'instabilité résultant de la répartition hétérogène des angles zénithaux (multi-zenith-angle). Ils ont comparé les observations avec des simulations numériques des équations non linéaires de propagation des neutrinos, ajoutant l'angle azimutal comme variable, en sus de l'angle zénithal, et constaté que la répartition angulaire hétérogène réprimait l'instabilité des saveurs.

Le projet DENSE NEUTRINOS a utilisé des profils de densité de la matière et des neutrinos qui découlent de modèles des explosions par effondrement du cœur. Un résultat surprenant de ces simulations a été une dissymétrie marquée entre les deux hémisphères de l'étoile: l'un était fortement dominé par des neutrinos de saveur électronique, alors que dans l'autre hémisphère, les flux de neutrinos et d'anti-neutrinos électroniques étaient similaires.

À la lumière de la découverte récente de neutrinos à très haute énergie (PeV) par l'expérience IceCube, et grâce à la puissance de calcul des architectures parallèles, les scientifiques peuvent mieux étudier la physique de l'effondrement du cœur des supernovas. Le projet DENSE NEUTRINO a enregistré un progrès majeur dans cette direction.