Graphique : Flux d’énergie des neutrinos (saveur unique) attendus des interactions des rayons cosmiques dans la Voie Lactée (« Milky Way ») comparés à ceux du modèle minimal des rayons cosmiques s’échappant des LIRG (« LIRG ») ou de divers environnements de sources qui s’accordent avec le modèle minimal expliquant les données Auger au-delà de 10^18,7 eV (« Min. model scenarios »). Les limites supérieures des données Auger, IceCube et ANITA sont indiquées. Les flux d’énergie attendus d’un modèle non minimal de rayons cosmiques avec des protons à UHE (« Min. model + protons »), d’un scénario de matière noire super-lourde (« Dark matter ») et d’un scénario de transition de phase dans l’univers primordial (« Cosmic strings ») sont également indiqués.
Par Antonio Condorellia, Olivier Delignya, Corinne Bératb, François Montanetb, Zoé Torrèsb
a Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, 91405 Orsay, France
b Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC), Grenoble, France
Dans un article paru dans la revue ApJ, A. Condorelli et O. Deligny, ainsi que C. Bérat, F. Montanet et Z. Torrès du LPSC, montrent que les flux de neutrinos d’ultra-haute énergie inévitablement produits par l’interaction des rayons cosmiques lors de leur échappement des sources ou de leur propagation dans l’univers demeurent trop modestes pour être observables au-delà de 1018 eV. Une détection de neutrinos par les observatoires présents ou futurs permettrait donc de révéler de la physique au-delà du modèle standard ou des phénomènes extrêmes d’accélération de particules à des rigidités jamais encore observées.
La recherche de neutrinos d’énergie supérieure à 1017 eV est activement poursuivie en astroparticules. Bien que la normalisation du flux dominant de neutrinos soit très incertaine, un niveau plancher est garanti par les interactions des rayons cosmiques extragalactiques avec le gaz de la Voie Lactée. Ce niveau plancher est estimé dans l’étude au niveau d’un flux d’énergie de E2Φν ≈ 10-13±0.5 GeV cm-2 sr -1 s-1 à 1018 eV, où les incertitudes proviennent de la modélisation de la distribution du gaz et de la détermination expérimentale de la composition des rayons cosmiques d’ultra-haute énergie. Sur la base d’un modèle minimal de production de rayons cosmiques permettant d’expliquer les spectres d’énergie discriminés en fonction de la masse observés sur Terre au-delà de 5 x 1018 eV, des estimations génériques des flux de neutrinos attendus de la production extragalactique sont également obtenues. Ces flux dépassent généralement le plancher garanti susmentionné. Les perspectives de détection de neutrinos au-dessus de 1018 eV restent cependant difficiles, à moins que l’accélération de protons aux énergies les plus élevées ne soit en jeu dans une population sous-dominante de sources de rayons cosmiques ou que de nouveaux phénomènes physiques ne soient à l’œuvre.