E9 : Astrophysique de basse énergie avec KM3NET

Consultez les actualités du projet!

.

  •  

    Une présentation en français est en cours de traduction et sera bientôt mise en ligne.

    Bien que des observations multi-longueurs d’onde de supernovae à effondrement de noyau (CCSN) soient maintenant effectuées régulièrement, les caractéristiques spécifiques de l’effondrement gravitationnel ne peuvent être diagnostiquées que par des neutrinos.

    L’objectif de ce projet exploratoire est de réunir des experts en physique du CCSN et des membres de la collaboration KM3NeT afin d’évaluer la capacité des télescopes neutrinos KM3NeT (optimisés pour les neutrinos GeV-PeV) à détecter le signal MeV neutrinos de la prochaine CCSN à proximité.

    À l’aide de simulations numériques de pointe et de développements théoriques, nous explorerons le potentiel du nouveau module optique KM3NeT pour supprimer efficacement le bruit de fond et ainsi détecter les caractéristiques de la courbe de lumière des neutrinos liées aux instabilités hydrodynamiques, à l’équation d’état des étoiles à neutrons et aux propriétés des neutrinos.

     

  •  

    POSITION NOM  LABORATOIRE GRADE, EMPLOYEUR
    WP leader Alexis Coleiro APC Post-doc, IFIC / APC, chercheur associé
    WP co-leader Thierry Foglizzo AIM IR, CEA
    WP membre Antoine Kouchner APC PR, Univ. Paris Diderot
    WP membre Bruno Pagani AIM Doctorant, ED127
    WP membre Julien Aublin APC MCF, UPMC, chercheur associé
    WP membre Micaela Oertel LUTh CR, CNRS
    WP membre Cristina Volpe APC DR, CNRS
    WP membre Bruny Baret APC CR, CNRS
    WP membre Marta Colomer-Molla APC Doctorant, Univ. Paris Diderot / IFIC Valencia

     

  • Bien que les détecteurs KM3NeT soient principalement conçus pour la détection de neutrinos à haute énergie, le signal de neutrinos MeV d’une supernova pourrait être identifié par une augmentation simultanée du taux de comptage des modules optiques dans le détecteur.

    Les principaux modes d’interaction de ces neutrinos MeV dans l’eau sont les interactions avec (i) les protons libres (Inverse Beta Decay, IBD), (ii) les électrons (Elastic Scattering, ES) et (iii) les noyaux d’oxygène. Les particules sortantes (électron ou positron) produites par ces interactions rayonnent de la lumière de Cherenkov qui peut être détectée par des réseaux de photomultiplicateurs (PMT).
    Le bruit de fond optique, dû à la fois à la désintégration 40K dans l’eau de mer et à la bioluminescence, peut être réduit de manière significative en utilisant des coïncidences de nanosecondes entre les PMTs proches. Cette technique a été testée avec le télescope ANTARES, composé de modules optiques (OMs) avec trois PMTs de 10 pouces et est en cours d’optimisation pour la prochaine génération de télescopes neutrinos européens KM3NeT, dont les OMs directionnels contenant 31 PMTs de 3 pouces, offrent des attentes prometteuses. Le projet exploratoire LEAK vise à étudier ces capacités. En particulier, les financements du Labex obtenus en 2017 ont facilité l’organisation de réunions en face à face pour finaliser la mise en œuvre des simulations complètes de la sensibilité du KM3NeT aux neutrinos MeV décrits ci-après.

    Le développement de cette simulation a été identifié comme une étape critique du projet et a été entamé par Marta Colomer-Molla durant son stage M2/NPAC. Elle poursuit maintenant le projet en tant que doctorante dans le cadre de la collaboration KM3NeT (cotutelle entre l’Université Paris Diderot / APC et l’Université de Valence / IFIC).

    Sur la base de la simulation Monte-Carlo complète mise en œuvre en 2017, nous sommes maintenant en bonne position pour commencer une étude précise des capacités de KM3NeT à détecter un signal CCSN, et en déduire des signatures d’observation imprimées dans la courbe de lumière de neutrinos et/ou le spectre de neutrinos qui pourraient être détectées avec ces télescopes de neutrinos. En particulier, nous prévoyons nous concentrer sur les caractéristiques du flux de neutrinos liées aux instabilités hydrodynamiques (comme l’activité SASI), l’équation d’état en étoile des neutrons (EOS) et la hiérarchie de masse des neutrinos (MH). A la fin de l’année 2018, nous aurons défini les effets les plus pertinents qui pourraient être observés avec KM3NeT afin de contraindre la physique de l’effondrement du noyau (instabilités hydrodynamiques survenant pendant la phase d’accrétion), les propriétés des étoiles neutroniques (équation d’état de la matière dense) et les propriétés des neutrinos (hiérarchie des masses de neutrinos).

    Trois grandes étapes sont prévues pour 2018 et 2019 :
    1) Organisation d’un atelier consacré à la détection des neutrinos par le CCSN ;
    2) Fin de la mise en œuvre de la simulation Monte-Carlo du détecteur et test de sensibilité du KM3NeT à la signature neutrino du CCSN des instabilités dynamiques, équation en étoile neutronique d’état et hiérarchie de masse des neutrinos (en étroite collaboration avec les experts du CCSN impliqués dans le projet) ;
    3) Intégration des outils de détection/analyse en temps réel du CCSN dans les systèmes d’acquisition de données KM3NeT.

    • M. Colomer-Molla et al. on behalf of the KM3NeT collaboration, ICRC 2017 proceedings.