Les neutrinos sont des acteurs méconnus des supernovae. Lorsque le cœur d'une étoile massive en fin de vie s'effondre sur lui-même sous l'effet de la gravitation, les électrons des atomes se combinent avec les protons de leurs noyaux, donnant naissance à des protons accompagnés de neutrinos. Ces neutrinos produits en abondance s'échappent alors de l'étoile à neutrons en formation, encore plus rapidement que la lumière. Si bien que 99 % de l'énergie émise par une supernova le serait sous forme de neutrinos ! L'explosion caractéristique des supernovae qui succède à cet épisode serait « pilotée » par les neutrinos.

Or au cours de l'effondrement du cœur de l'étoile, les neutrinos peuvent cependant être capturés par les neutrons libres ou présents dans des agrégats (des noyaux légers) – un processus susceptible d'influencer l'évolution de la supernova. Des physiciens nucléaires ont voulu approfondir ce point en étudiant la concentration des neutrons dans la matière nucléaire excitée, grâce à des collisions d'ions lourds, au Ganil à Caen.

Des noyaux légers (deutons, tritons, isotopes d'hélium 3, etc.) sont créés par agrégation de protons et de neutrons au cours de la collision entre des noyaux projectiles et les noyaux d'une cible. L'objectif des chercheurs est d'extraire les propriétés thermodynamiques gouvernant l'agrégation de neutrons et de protons dans une matière nucléaire de densité analogue à celle des supernovae à effondrement de cœur.

Pour cela, ils utilisent une analyse « bayésienne » leur permettant de calculer les probabilités de causes hypothétiques – les « observables » thermodynamiques régissant la formation des agrégats – à partir de l'observation d'événements connus (la formation des éléments légers).

Grâce au détecteur INDRA (Identification des noyaux et détection à résolution accrue) du Ganil, les chercheurs ont déterminé les constantes d'équilibre chimique des agrégats de neutrons et de protons en fonction de la densité de la matière nucléaire, à partir de mesures réalisées sur six noyaux légers. Ces valeurs, entachées d'une grande incertitude, sont comparées à un calcul théorique.

Pour gagner en précision, d'autres expériences sont prévues sur des éléments plus lourds, avec le détecteur FAZIA (Forward A and Z Identification Array), couplé à INDRA, qui, par une identification isotopique améliorée des noyaux plus lourds notamment, accroîtra notablement la précision de l'expérience.