Les physiciens cherchent depuis longtemps à dégager la matière noire et à découvrir la substance mystérieuse qui constitue un quart de l'univers. Une idée de ce qui se cache sous le manteau de l'invisibilité? Beaucoup de minuscules particules floues qui se comportent comme une gigantesque particule.
Mais la chasse la plus récente à de telles particules floues et ultra-légères, publiée le 28 février dans le Journal of Cosmology and Astropartic Physics, est arrivée les mains vides.
Les résultats suggèrent que si la matière noire est réellement constituée de ces minuscules particules, elle est aussi insaisissable que son nom l'indique et interagit à peine avec la matière ordinaire.
Cœur des ténèbres
La matière noire est l'un des secrets les mieux gardés de l'univers. La substance n'interagit pas avec la lumière, mais exerce une attraction gravitationnelle sur d'autres matières. Bien qu'il représente environ un quart de la masse et de l'énergie dans l'univers, les scientifiques ne semblent pas le trouver, ni même comprendre de quoi il est fait.
De nombreux scientifiques pensent que la matière noire pourrait être constituée de particules massives à interaction faible, les WIMP. Mais les théories de WIMP sont brèves de plusieurs manières. Par exemple, ces particules devraient provoquer de petites structures dans le réseau de galaxies que les astronomes n'ont pas vues. Au lieu de cela, certains scientifiques regardent dans une autre direction pour la matière noire - pour les particules ultra-légères.
Bien qu'il existe de nombreuses idées sur ce que pourrait être la matière noire, aucune d'entre elles n'a beaucoup de preuves à l'appui, a déclaré Sergey Troitsky, co-auteur de l'article et chercheur à l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie russe des sciences. "Il faut donc considérer, étudier et exclure toutes les possibilités une par une."
Certaines théories de l'ultra-léger, également connu sous le nom de matière sombre floue, proposent une particule qui est environ 10 ^ 28 fois plus légère qu'un électron. frontières qu'une onde. Les nouvelles recherches ont testé un moyen de rechercher ces types de particules dans la lumière des galaxies actives.
Étant donné que la matière noire constitue une si grande partie de l'univers, si elle est constituée de particules ultra-légères, il doit y en avoir beaucoup. Tellement, en fait, qu'ils existeraient dans un état unique, comme un champ ou un condensat de Bose-Einstein - un état où les particules, souvent à des températures ultra-fraîches, s'agglutinent et agissent de manière cohérente. Bien que les particules individuelles de matière noire n'interagissent pas avec la lumière - c'est pourquoi les scientifiques ont eu du mal à les trouver - à grande échelle, le champ aurait un effet notable sur la polarisation, ou l'orientation, de la lumière lorsqu'elle se déplace dans l'espace. Cela se produirait lorsque la densité du champ oscille régulièrement, modifiant en fait la façon dont la lumière a voyagé à travers la région.
La théorie a suggéré que cet effet pouvait être observé dans une région de matière noire d'au moins 325 années-lumière de diamètre. Le taux d'oscillation du champ dépend directement de la masse des particules de matière noire ultra-légères, donc en voyant cet effet, les scientifiques espéraient pouvoir mesurer la masse de matière noire.
Pour rechercher les changements dans la polarisation de la lumière dus aux champs de matière noire ultralégère, les scientifiques ont examiné les données d'archives du Very Long Baseline Array, un radiotélescope composé de 10 (82 pieds) (25 mètres) télescopes exploités à Socorro, New Mexique. Ils se sont concentrés sur la lumière du cœur de 30 galaxies, qui rejettent d'énormes quantités de matière dans des jets qui peuvent s'étendre sur des centaines d'années-lumière. La lumière de ces galaxies est fortement polarisée et a été bien étudiée, donc des données d'archives à long terme à leur sujet étaient déjà disponibles.
"Nous utilisons souvent les données astrophysiques des articles publiés ou des bases de données accessibles au public pour limiter les propriétés des particules élémentaires", a déclaré Troitsky à Live Science. "Mais cette fois, nous avons contacté nos confrères radio-astronomes et ils ont creusé leurs propres données, sélectionnant soigneusement des séries d'observation juste pour notre tâche."
En analysant deux décennies de données, les scientifiques ont trouvé beaucoup d'oscillations, mais pas les types qu'ils recherchaient. Les noyaux galactiques actifs pulsent souvent sans fréquence régulière. Mais les oscillations de la matière noire ultra-légère se produiraient toutes avec la même durée entre les oscillations.
En fin de compte, les scientifiques n'ont vu aucun signe de matière noire ultralégère, du moins au niveau des types de masses qui pourraient expliquer le manque de petites structures trouvées dans le réseau de galaxies. Cependant, cela ne signifie pas qu'ils n'existent absolument pas.
"Il n'y a aucune garantie qu'une particule de matière noire a tout interaction avec le monde visible en plus de la gravité ", a déclaré Troitsky." Il serait très difficile de découvrir une telle particule avec une certaine masse et aucune autre interaction, bien que ce soit en effet l'une des options les plus simples pour expliquer la matière noire. "
Bien que la nouvelle recherche puisse rendre improbable la matière noire ultra-légère conventionnelle, les chercheurs ne sont pas prêts à l'exclure.
"La seule chose que nous savons avec certitude au sujet de la matière noire est qu'elle se situe en dehors de la physique des particules connue", a déclaré Rennan Barkana, astronome de l'Université de Tel Aviv en Israël, qui n'était pas impliqué dans l'étude. "Donc, jusqu'à ce que nous ayons des preuves observationnelles convaincantes de la nature de la matière noire, nous devons faire attention aux suppositions et aux spéculations… et garder un esprit ouvert."
