Un télescope spatial géant déployé dans un lac en Russie


Bien que le télescope à neutrinos sous-marin ne soit pas encore terminé, il collecte des données depuis 2016.

Le ciel nocturne au-dessus de l’emplacement du télescope sous-marin. Crédit : Consortium européen pour la physique des astroparticules

Le télescope russe à neutrinos Baïkal-GVD – un réseau de détecteurs optiques de neutrinos situé dans la colonne d’eau de la partie sud du lac Baïkal – a été officiellement mis en service. La construction du télescope se poursuit depuis 2015 ; les physiciens ont commencé à collecter des données sur les neutrinos avec celui-ci en 2016.

La Russie déploie le plus grand télescope sous-marin du monde

Le télescope à neutrinos Baïkal-GVD (Gigaton Volume Detector) est en construction depuis 2015. Depuis lors, chaque année, de février à avril, les physiciens de l’Institut de recherche nucléaire de l’Académie des sciences de Russie, ainsi que leurs collègues de l’Institut commun de recherche nucléaire de Dubna, installent de nouvelles grappes.

Le télescope lui-même est situé à une distance de 3,6 kilomètres de la côte et atteint une profondeur de 1366 mètres. Chaque grappe de l’installation comprend 8 guirlandes de 525 mètres de long avec 36 modules optiques sur chacune d’elles, enregistrant le rayonnement Cherenkov. La distance entre les guirlandes est de 70 mètres, et entre les photodétecteurs sur la guirlande – 15 mètres.

À ce jour, sept grappes ont été installées, tandis que la huitième est prévue pour avril de cette année. Après l’installation du huitième cluster, le volume effectif du détecteur devrait atteindre 0,4 kilomètre cube. À l’avenir, le volume effectif du télescope devrait être porté à un kilomètre cube.

Diagramme du télescope à neutrinos Baïkal-GVD. Crédit : INR RAS

Les neutrinos interagissent très faiblement avec la matière ; pour détecter une seule interaction, il faut d’énormes détecteurs avec des centaines et des milliers de tonnes de scintillateur liquide et des centaines de photodétecteurs qui suivent les faibles flashs pendant ces interactions. Mais même de tels instruments ne « captent » que quelques dizaines d’événements neutrinos par an.

Les neutrinos astrophysiques présentent un intérêt particulier pour les physiciens. Il s’agit de neutrinos d’ultra-haute énergie qui peuvent être produits dans les noyaux actifs de galaxie. Comme les neutrinos ne réagissent pas aux champs magnétiques comme les particules chargées, ils ne sont pas absorbés par la poussière interstellaire comme les photons, mais transportent des informations « de la scène ».

En particulier, ce sont les neutrinos qui ont été les premiers à informer les scientifiques de l’explosion de la supernova 1987A dans le nuage de Magellan – avant que les astronomes ne voient une éruption optique.

Le champ de vision de Baikal-GVD : il voit le ciel austral mieux que le télescope à neutrinos IceCube. Crédit : Zh.-A. Dzhilkibaev, INR

Cependant, des neutrinos naissent continuellement sur le Soleil, à l’intérieur de la Terre, dans l’atmosphère, dans les réacteurs nucléaires. Pour isoler les neutrinos astrophysiques relativement rares de ce fond, il faut des détecteurs vraiment énormes, dans lesquels d’énormes volumes d’eau ou de glace sont utilisés comme « fluide de travail ».

Quels sont les avantages de Baïkal-GVD par rapport au télescope à neutrinos IceCube ?

La plus grande et la plus célèbre installation de cette catégorie est le télescope à neutrinos IceCube, un réseau de détecteurs optiques gelés dans l’épaisseur de la glace de l’Antarctique, dont la construction a commencé en 2005 et dont le volume a atteint un kilomètre cube en 2010. Récemment, nous avons écrit sur la dernière découverte du télescope à neutrinos IceCube.

Le volume d’IceCube est de 1 kilomètre cube, et jusqu’à présent, l’installation a enregistré une centaine de neutrinos à ultra-haute énergie, dont plusieurs avec des énergies dépassant un pétaélectron-volt. La construction de Baïkal-GVD est relativement récente, aussi ses résultats sont-ils encore plus modestes.

Un des modules optiques du télescope à neutrinos dans les eaux du Baïkal. Crédit : JINR

Néanmoins, Baïkal-GVD présente un autre avantage fondamental par rapport à IceCube : une résolution angulaire plus faible. En effet, la glace diffuse la lumière beaucoup plus fortement que l’eau. Pour cette raison, pour la plupart des neutrinos astrophysiques enregistrés par IceCube, la résolution angulaire est très élevée – jusqu’à 15 degrés, ce qui signifie qu’il est impossible de reconstruire avec précision l’emplacement de la source des neutrinos astrophysiques à partir de ces événements. En revanche, Baïkal-GVD devrait avoir une résolution angulaire plus élevée, de 2 à 3 degrés, ce qui est typique des télescopes à neutrinos sous-marins.

Le télescope à neutrinos Baïkal-GVD a-t-il déjà fait des découvertes ?

Le télescope à neutrinos Baïkal-GVD n’est pas encore terminé, mais cela ne signifie pas qu’il ne fonctionne pas. Depuis 2016, les scientifiques collectent et traitent les données obtenues sur les grappes déjà installées.

Construction du télescope Baikal-GVD. Crédit : JINR

Le responsable scientifique du projet, un physicien de l’Institut de recherche nucléaire, Grigory Domogatsky, a récemment indiqué qu’à ce jour, les scientifiques ont « vu » 12 candidats avec des énergies allant jusqu’à des centaines de téraélectronvolts en utilisant l’installation du Baïkal, dont environ la moitié, après vérification et confirmation, pourrait s’avérer être de « vrais » neutrinos astrophysiques.

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Source : Curiomos – Traduit par Anguille sous roche


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