Détecter des neutrinos émanant de notre Soleil n’était pas une mince tâche. Déjà que ces particules passent à travers la matière —incluant notre planète— à la vitesse de la lumière, encore fallait-il prouver que ces neutrinos arrivent de notre Soleil, et non d’une étoile lointaine.

Leur découverte permet de mettre en place la dernière pièce du casse-tête sur la façon dont la fusion nucléaire alimente notre Soleil, résume Nature.

Notre astre, cette gigantesque boule de gaz composée essentiellement d’hydrogène et d’hélium, possède une température centrale si élevée (15 millions de degrés) qu’elle est capable d’initier des réactions nucléaires de fusion entre des protons. Ces réactions complexes produiraient des neutrinos qu’il serait possible – du moins, en théorie – de détecter.

Selon ces prédictions, une partie de l’énergie solaire est produite par une chaine de réactions impliquant des noyaux de carbone et d’azote. Quatre protons fusionnent pour former un noyau d’hélium qui libère deux neutrinos — les particules élémentaires les plus légères connues — ainsi que d’autres particules subatomiques et de grandes quantités d’énergie.

Cette réaction carbone-azote (CN) ne serait pas la seule voie par laquelle s’organise la fusion nucléaire au coeur de notre étoile: elle produirait moins de 1 % de son énergie. Toutefois, les scientifiques pensent que ce serait la source d’énergie dominante dans les étoiles plus grandes que la nôtre.

Les résultats, qui n’ont pas encore été examinés par les pairs, ont été rapportés le 23 juin lors du congrès international sur la physique des neutrinos. La détection aurait été réalisée par l’installation souterraine de Borexino en Italie.

Cette installation occupe une salle située sous plus d’un kilomètre de roche, où elle opère depuis 2007. Le détecteur se compose d’un ballon en nylon géant rempli de 278 tonnes d’hydrocarbures liquides, immergé dans l’eau.

La grande majorité des neutrinos du Soleil traversent la Terre en ligne droite, mais un nombre minuscule rebondit sur les électrons dans les hydrocarbures, produisant des éclairs lumineux qui sont détectés par des capteurs  tapissant le réservoir d’eau.

Les neutrinos de la chaîne de réaction CN du Soleil sont faciles à confondre avec ceux produits par la désintégration du bismuth 210, un isotope qui fuit du nylon du ballon, ce qui a obligé les scientifiques à un effort minutieux, depuis 2014, pour séparer le signal solaire de ce bruit parasite.

En plus de confirmer les prédictions théoriques sur ce qui alimente le Soleil, la détection de ces neutrinos du CN pourrait faire la lumière sur la structure de son noyau, en particulier les concentrations d’éléments que les astrophysiciens appellent « métaux » - tout ce qui est plus lourd que l’hydrogène et l’hélium.

Les quantités de neutrinos observées par Borexino semblent cohérentes avec les modèles standard dans lesquels la « métallicité » du noyau du Soleil serait similaire à celle de sa surface..

Sa composition pourrait aussi en révéler davantage sur les premiers stades de la vie du Soleil, avant que la formation des planètes, spéculent les astrophysiciens, n’enlève certains des métaux qui à la jeune étoile.