Le 19 septembre 2026, à 6 h 52 UTC, quelque chose a traversé un kilomètre cube de glace enfoui sous le pôle Sud. Un neutrino de haute énergie, probablement venu de l'espace, qui a laissé derrière lui la trace d'une particule chargée. En quelques minutes, IceCube a diffusé l'alerte vers les observatoires du monde entier. Un signal de ce genre tombe une vingtaine de fois par an, il n'a donc rien d'extraordinaire. Ce qu'il raconte, en revanche, l'est : pour attraper la particule la plus insaisissable de l'univers, des physiciens ont transformé la glace antarctique en télescope.
Une particule a traversé la glace
Commençons par ce que l'on sait, et par ce que l'on ne sait pas.
Le 19 septembre 2026, à 6 h 52 et 15 secondes UTC, le détecteur IceCube a enregistré un événement de type « trace ». Comprenez une longue ligne droite de lumière dans la glace, signature d'un muon, la particule lourde que produit un neutrino muonique en percutant un atome. Le système a classé l'événement dans son canal « or », celui dont environ la moitié des alertes correspondent à un neutrino réellement venu de l'espace, par opposition au bruit de fond de l'atmosphère. Le taux de fausse alerte associé est de 0,5 événement par an, ce qui signifie qu'un signal de ce genre tombe en moyenne une fois tous les deux ans par pur hasard.
La direction reconstruite pointe vers l'ascension droite 111,05° et la déclinaison +6,43°, avec une précision de l'ordre de 0,3 degré. Pour situer, la pleine Lune couvre un demi-degré de ciel : la zone d'origine est donc plus petite que le disque lunaire. Aucune source de rayons gamma connue du catalogue Fermi LAT, la liste des émetteurs compilée sur seize ans par le télescope spatial Fermi de la NASA, ne tombe dans cette région.
Dans les heures qui ont suivi, la collaboration a ratissé 1 000 secondes de données centrées sur l'événement, puis deux jours entiers. Résultat : zéro autre événement de ce type dans la zone. La valeur statistique associée, appelée p-value, vaut 1,00. Une p-value de 1 signifie que ce que l'on observe colle parfaitement à ce que le bruit de fond attendu produirait tout seul. Autrement dit : rien de plus que le hasard.
Traduction en clair : IceCube a bien vu passer une particule intéressante, mais rien ne prouve qu'une source brille à cet endroit précis du ciel. C'est le lot habituel de ces alertes. Elles ne livrent pas une découverte toute faite, elles donnent une piste à une communauté entière de télescopes, qui pointe la zone dans les minutes qui suivent et cherche une contrepartie, lumière visible, rayons X, ondes radio.
D'où viennent les neutrinos
Un neutrino est d'abord un fantôme de famille. Il fait partie des particules de matière, comme l'électron, mais il n'a pas de charge électrique et sa masse est si faible qu'on l'a longtemps crue nulle. Conséquence : presque rien ne l'arrête. Les champs magnétiques ne le dévient pas, la poussière ne l'absorbe pas, un mur de béton ne le ralentit pas.
Francis Halzen, physicien à l'université du Wisconsin et chercheur principal du projet IceCube, résume la situation dans le communiqué qui a suivi la première détection de neutrinos astrophysiques, en 2013 : « C'est gratifiant de voir enfin ce que nous cherchions. C'est l'aube d'une nouvelle ère de l'astronomie. »
Cette propriété en fait un messager hors pair, car l'univers cache ses phénomènes les plus violents derrière des écrans de gaz et de poussière. Les neutrinos, eux, partent du cœur de ces machines et arrivent jusqu'à nous sans dévier. Reste à savoir qui les fabrique.
- Le Soleil, en premier. La fusion qui transforme l'hydrogène en hélium dans son cœur produit des neutrinos par milliards. Environ 65 milliards d'entre eux traversent chaque centimètre carré de la Terre à chaque seconde, sans que personne ne les sente passer.
- Les supernovae, quand une étoile massive s'effondre. En 1987, les détecteurs ont enregistré une bouffée de neutrinos venue de la supernova SN 1987A quelques heures avant que sa lumière n'arrive. Le signal avait filé à travers l'étoile en pleine explosion, là où la lumière restait bloquée par la matière.
- L'atmosphère terrestre, en permanence. Les rayons cosmiques, des particules venues de l'espace, y percutent des noyaux d'air et produisent des neutrinos parasites. C'est le bruit de fond que les détecteurs doivent écarter.
- La Terre et les réacteurs, par désintégration radioactive. C'est dans un réacteur nucléaire qu'un neutrino a été détecté pour la première fois, en 1956.
- Les accélérateurs cosmiques, les plus intéressants pour les astronomes. Il s'agit des noyaux actifs de galaxies, des blazars et d'autres monstres capables d'accélérer des particules à des énergies qu'aucune machine humaine n'atteint.
Ces accélérateurs posent une énigme de longue date. Ils projettent des rayons cosmiques, des protons et des noyaux atomiques, mais ces particules chargées sont déviées par les champs magnétiques de l'espace. Quand elles arrivent sur Terre, leur trajectoire a été tordue dans tous les sens, comme une voiture qui aurait tourné en rond avant d'arriver. Impossible de remonter à son point de départ.
Les neutrinos, eux, filent droit. Quand un rayon cosmique percute de la matière ou de la lumière près de sa source, la collision produit des neutrinos et des rayons gamma. Les photons gamma peuvent être absorbés en route. Les neutrinos continuent. Ce sont les miettes de pain semées le long du chemin des rayons cosmiques, et IceCube les ramasse.
Attraper une particule qui traverse tout
Comment piéger ce qui traverse tout ? En attendant qu'il se trompe de route. Un neutrino peut franchir des années-lumière de plomb sans broncher, mais parfois, très rarement, il percute de plein fouet un atome. La collision produit des particules chargées, et celles-ci, en fonçant dans la glace plus vite que la lumière ne s'y propage, émettent une onde lumineuse bleutée : le rayonnement de Cherenkov.
Cette lumière est au son ce que le bang supersonique est à l'air. Un avion qui vole plus vite que le son crée un cône d'onde de choc, d'où le bang. Une particule chargée qui va plus vite que la lumière locale produit exactement la même chose avec des photons. Dans la glace, la lumière avance à environ 76 % de sa vitesse dans le vide, soit un quart plus lentement, alors que le muon, lui, conserve presque toute sa vitesse. Il dépasse donc la lumière autour de lui, et laisse derrière lui un cône bleu.
Le détecteur entier est construit autour de ce cône.
IceCube occupe un kilomètre cube de glace, de 1 450 à 2 450 mètres sous la surface, près de la station Amundsen-Scott, au pôle Sud. Dans 86 trous forés à l'eau chaude, la collaboration a descendu 86 cordes de 60 capteurs chacune, soit 5 160 sphères de verre équipées d'un tube photomultiplicateur, un composant capable de transformer une poignée de photons en signal électrique. Un kilomètre cube, cela représente environ un milliard de tonnes de glace, soit le volume de 400 000 piscines olympiques.
Trois filets complètent le dispositif.
- La profondeur. Un kilomètre et demi de glace filtre l'essentiel des rayons cosmiques, qui sinon imiteraient le signal d'un neutrino.
- Le réseau de surface. IceTop, 81 stations posées au-dessus du détecteur, repère les cascades de particules venues du ciel et les déclare comme bruit de fond.
- Les algorithmes. Chaque événement est reconstruit par des programmes qui démêlent la trace et écartent les imitations.
À cela s'ajoute DeepCore, une grappe de huit cordes resserrées au centre du détecteur, avec 70 mètres d'écart au lieu de 125. Cette densité permet de descendre le seuil de détection jusqu'à environ 10 GeV, un million de fois moins d'énergie que les neutrinos les plus énergétiques d'IceCube, qui dépassent les 10 PeV. C'est là que la collaboration étudie les oscillations des neutrinos, ces transformations d'une famille de neutrino en une autre pendant le voyage, un phénomène qui trahit une masse minuscule mais non nulle.
Une fois la trace captée, deux formes sont possibles. Une trace longue et fine, appelée track, traversant tout le volume : c'est un muon, donc un neutrino muonique, et sa direction se reconstitue à moins d'un degré près. Une tache compacte, appelée cascade, contenue sur quelques mètres : c'est un neutrino électronique ou tau, avec une énergie mieux mesurée mais une direction bien plus floue.
IceCube diffuse environ 26 alertes par an, dont une dizaine classées « or ». La direction du ciel est publiée sous forme de carte de probabilité, et les observatoires partenaires peuvent pointer vers la zone en quelques minutes.
Ce que la glace a déjà vu
L'alerte du 19 septembre s'inscrit dans une série d'observations qui ont, en quinze ans, fondé une astronomie nouvelle.
En 2013, IceCube a identifié 28 neutrinos de très haute énergie, entre 30 TeV et 1,2 PeV, dont l'origine ne pouvait pas être l'atmosphère. Le résultat, rejetant l'hypothèse d'un simple bruit de fond à plus de 4 sigma, a marqué la première preuve solide de neutrinos astrophysiques. Depuis, la collaboration a accumulé environ 700 000 neutrinos entre 100 GeV et 1 PeV, avec une pureté supérieure à 99 % vis-à-vis des muons parasites.
En 2017, un neutrino d'environ 290 TeV est tombé sur IceCube en même temps qu'un sursaut de rayons gamma vu par le télescope Fermi, dans la direction du blazar TXS 0506+056, à 4 milliards d'années-lumière. C'était la première fois qu'un neutrino et une lumière désignaient le même objet céleste. Une analyse des archives a ensuite révélé une bouffée de neutrinos venue de la même source entre 2014 et 2015.
En 2022, IceCube a trouvé des neutrinos venus de la galaxie active NGC 1068, dite aussi Messier 77, à environ 47 millions d'années-lumière. Sur une décennie de données, 80 événements de l'ordre du TeV se regroupent à 0,18 degré de son noyau, une concentration significative à 4,2 sigma. Cette galaxie héberge un trou noir supermassif qui engloutit la matière alentour, et les neutrinos proviennent de sa région la plus centrale, là où la lumière ne sort pas.
En 2023, enfin, IceCube a produit la première image de notre propre galaxie en neutrinos. En appliquant des méthodes d'apprentissage automatique à dix ans de données, la collaboration a identifié une émission le long du plan de la Voie lactée, là où les rayons cosmiques percutent le gaz interstellaire. La Voie lactée est apparue, vue par des particules de matière, à un niveau de signification de 4,5 sigma.
Une nouvelle fenêtre sur l'univers
Ces résultats partagent une même logique. Là où un télescope classique voit un objet par la lumière qu'il émet, un détecteur de neutrinos voit l'intérieur d'un accélérateur de particules caché. Un trou noir enveloppé de gaz et de poussière reste une tache floue en visible, mais il trahit son activité par des neutrinos.
Sur le plan pratique, la suite se joue déjà sur la glace. La collaboration a déployé pendant l'été austral 2025-2026 six nouvelles cordes de capteurs plus sensibles, dont cinq fonctionnent aujourd'hui, portant l'observatoire à plus de 5 500 modules répartis dans 91 forages. Ce dispositif, nommé IceCube Upgrade, doit améliorer la détection des neutrinos les moins énergétiques et permettre une nouvelle analyse des quinze ans de données déjà archivées. Le projet suivant, IceCube-Gen2, multiplierait le volume instrumenté par huit, pour une sensibilité aux sources multipliée par cinq. Il reste à l'étude, sans financement de construction à ce jour.
En août 2026, la Fondation nationale des sciences américaine a renouvelé pour cinq ans, et 53 millions de dollars, le contrat d'exploitation et de maintenance de l'observatoire. Le message est clair : la chasse aux neutrinos ne fait que commencer, et l'alerte du 19 septembre en est une ligne de plus dans un carnet déjà bien rempli.
Pour aller plus loin
- Comprendre la particule : le neutrino et l'astronomie multi-messagers dans notre glossaire.
- Les trous noirs géants qui peuplent les sources de neutrinos : le trou noir supermassif, et les galaxies qui les abritent dans la fiche Hubble, dont l'image de NGC 1068 illustre cet article.
- La lumière des objets compacts, autre messager : le télescope Chandra et ses observations en rayons X.
- Les neutrinos ne s'observent pas dans un télescope d'amateur, mais le ciel, lui, se contemple ce soir : notre carte du ciel interactive et son guide d'observation.
- Les sources officielles de cet article : la circulaire IceCube-260919A et sa recherche complémentaire sur le réseau GCN de la NASA, la documentation des alertes IceCube, ainsi que les communiqués d'IceCube sur les neutrinos astrophysiques, NGC 1068 et la Voie lactée, et la fiche NASA sur les neutrinos.
- La vidéo : Uncharted Cosmos: Mapping the Universe with IceCube, sur la chaîne officielle d'IceCube.