Un astrophysicien de l'Université du Colorado à Boulder recherche la lumière provenant d'un lointain, et objet céleste extrêmement puissant, pour ce qui peut être la substance la plus insaisissable de l'univers :la matière noire.

Dans deux études récentes, Jérémy Darling, professeur au Département des sciences astrophysiques et planétaires, a examiné en profondeur le PSR J1745-2900. Ce corps est un magnétar, ou un type d'étoile effondrée qui génère un champ magnétique incroyablement puissant.

"C'est le meilleur détecteur naturel de matière noire que nous connaissions, " dit Chérie, également du Centre d'astrophysique et d'astronomie spatiale (CASA) à CU Boulder.

Il a expliqué que la matière noire est une sorte de colle cosmique - une particule encore non identifiée qui représente environ 27% de la masse de l'univers et aide à lier les galaxies comme notre propre Voie lactée. À ce jour, les scientifiques ont pour la plupart mené la chasse à cette matière invisible à l'aide d'équipements de laboratoire.

Darling a adopté une approche différente dans ses dernières recherches :en s'appuyant sur les données du télescope, il scrute le PSR J1745-2900 pour voir s'il peut détecter les faibles signaux d'un candidat à la matière noire - une particule appelée axion - se transformant en lumière. Jusque là, la recherche du scientifique est restée vide. Mais ses résultats pourraient aider les physiciens travaillant dans des laboratoires du monde entier à affiner leurs propres chasses à l'axion.

Les nouvelles études rappellent également que les chercheurs peuvent toujours se tourner vers le ciel pour résoudre certaines des questions les plus difficiles de la science, Chéri dit. Il a publié sa première série de résultats ce mois-ci dans le Lettres de revues astrophysiques et Lettres d'examen physique .

« En astrophysique, nous trouvons tous ces problèmes intéressants comme la matière noire et l'énergie noire, puis nous prenons du recul et laissons les physiciens les résoudre, " dit-il. " C'est dommage. "

Expérience naturelle

Darling veut changer cela - dans ce cas, avec un peu d'aide de PSR J1745-2900.

Ce magnétar orbite autour du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée à une distance de moins d'une année-lumière. Et c'est une force de la nature :le PSR J1745-2900 génère un champ magnétique environ un milliard de fois plus puissant que l'aimant le plus puissant de la Terre.

"Les magnétars ont tout le champ magnétique d'une étoile, mais il a été réduit en une zone d'environ 20 kilomètres de diamètre, " Chéri dit.

Et c'est là que Darling est allé pêcher la matière noire.

Il a expliqué que les scientifiques n'ont pas encore localisé un seul axion, une particule théorique proposée pour la première fois dans les années 1970. Physiciens, cependant, prédisent que ces morceaux éphémères de matière peuvent avoir été créés en nombre monumental au début de la vie de l'univers - et en quantités suffisamment importantes pour expliquer la masse supplémentaire du cosmos à partir de la matière noire. Selon la théorie, Les axions sont des milliards voire des milliards de fois plus légers que les électrons et n'interagiraient que rarement avec leur environnement.

Cela les rend presque impossibles à observer, avec une grande exception :si un axion traverse un champ magnétique puissant, il peut se transformer en lumière que les chercheurs pourraient, théoriquement, détecter.

Scientifiques, dont une équipe au JILA sur le campus CU Boulder, ont utilisé des champs magnétiques générés en laboratoire pour essayer de capturer cette transition en action. Darling et d'autres scientifiques ont eu une idée différente :pourquoi ne pas essayer la même recherche mais à une échelle beaucoup plus grande ?

"Les magnétars sont les objets les plus magnétiques que nous connaissons dans l'univers, " at-il dit. " Il n'y a aucun moyen que nous puissions nous approcher de cette force dans le laboratoire. "

Réduire

Pour utiliser ce champ magnétique naturel, Darling s'est appuyé sur les observations du PSR J1745-2900 prises par le Karl G. Jansky Very Large Array, un observatoire au Nouveau-Mexique. Si le magnétar était, En effet, transformer les axions en lumière, cette métamorphose pourrait apparaître dans le rayonnement émergeant de l'étoile effondrée.

L'effort est un peu comme chercher une seule aiguille dans un vraiment, très grosse botte de foin. Darling a déclaré que bien que les théoriciens aient mis des limites à la lourdeur des axions, ces particules pourraient encore avoir une large gamme de masses possibles. Chacune de ces masses, à son tour, produirait de la lumière avec une longueur d'onde spécifique, presque comme une empreinte digitale laissée par la matière noire.

Darling n'a encore repéré aucune de ces longueurs d'onde distinctes dans la lumière provenant du magnétar. Mais il a pu utiliser les observations pour sonder l'existence possible d'axions sur la plus large gamme de masses à ce jour, ce qui n'est pas mal pour sa première tentative. Il a ajouté que de telles enquêtes peuvent compléter le travail effectué dans les expériences terrestres.

Konrad Lehnert a accepté. Il fait partie d'une expérience menée par l'Université de Yale—appelée, sans surprise, HAYSTAC, qui recherche des axions à l'aide de champs magnétiques créés dans des laboratoires à travers le pays.

Lehnert a expliqué que des études astrophysiques comme celle de Darling pourraient agir comme une sorte d'éclaireur dans la chasse aux axions - identifiant des signaux intéressants à la lumière des magnétars, que les chercheurs de laboratoire pourraient alors creuser avec beaucoup plus de précision.

"Ces expériences bien contrôlées seraient capables de déterminer lequel des signaux astrophysiques pourrait avoir une origine de matière noire, " dit Lehnert, un boursier au JILA, un institut de recherche conjoint entre CU Boulder et le National Institute of Standards and Technology (NIST).

Darling prévoit de continuer sa propre recherche, ce qui signifie regarder encore plus près le magnétar au centre de notre galaxie :"Nous devons combler ces lacunes et aller encore plus loin."