Les données qui ont été analysées dans le travail décrit ici. Fluctuations du fond gamma isotrope, sur la base de 81 mois de données. Émission de notre propre Galaxie, la voie Lactée, est masqué en gris. Crédit :Mattia Fornasa, UVA/Grappa
Des chercheurs du centre d'excellence GRAPPA de l'Université d'Amsterdam (UvA) viennent de publier l'analyse la plus précise des fluctuations du fond gamma à ce jour. En exploitant plus de six ans de données recueillies par le Fermi Large Area Telescope, les chercheurs ont découvert deux classes de sources différentes contribuant au bruit de fond des rayons gamma. Aucune trace d'un apport de particules de matière noire n'a été trouvée dans l'analyse. L'étude collaborative a été réalisée par un groupe international de chercheurs et est publiée dans la dernière édition de la revue Examen physique D .
Les rayons gamma sont des particules de lumière, ou photons, avec la plus haute énergie de l'univers et sont invisibles à l'œil humain. Les émetteurs de rayons gamma les plus courants sont les blazars :des trous noirs supermassifs au centre des galaxies. En plus petit nombre, les rayons gamma sont également produits par un certain type d'étoiles appelées pulsars et dans d'énormes explosions stellaires telles que les supernovae.
En 2008, la NASA a lancé le satellite Fermi pour cartographier l'univers des rayons gamma avec une précision extrême. Le télescope à grande surface, monté sur le satellite Fermi, prend des données depuis. Il balaye en continu tout le ciel toutes les trois heures. La majorité des rayons gamma détectés est produite dans notre propre Galaxie (la Voie Lactée), mais le télescope Fermi a également réussi à détecter plus de 3000 sources extragalactiques (selon le dernier comptage réalisé en janvier 2016). Cependant, ces sources individuelles ne suffisent pas à expliquer la quantité totale de photons gamma provenant de l'extérieur de notre Galaxie. En réalité, environ 75 % d'entre eux sont portés disparus.
Fond de rayons gamma isotrope
Dès la fin des années 1960, les observatoires en orbite ont trouvé un fond diffus de rayons gamma provenant de toutes les directions de l'univers. Si vous aviez une vision aux rayons gamma, et regarda le ciel, il n'y aurait aucun endroit qui serait sombre.
La source de ce bruit de fond gamma dit isotrope est restée jusqu'à présent inconnue. Ce rayonnement pourrait être produit par des blazars non résolus, ou d'autres sources trop faibles pour être détectées avec le télescope Fermi. Certaines parties du fond de rayons gamma pourraient également contenir l'empreinte de l'illustre particule de matière noire, une particule jusqu'ici non détectée tenue pour responsable des 80 % manquants de la matière dans notre univers. Si deux particules de matière noire entrent en collision, ils peuvent s'annihiler et produire une signature de photons gamma.
Cette vue montre le ciel entier en rayonnement gamma, à des énergies supérieures à 1 GeV, basé sur cinq ans de données de l'instrument Large Area Telescope sur le télescope spatial Fermi Gamma de la NASA. Des couleurs plus vives indiquent une émission de rayons gamma plus brillante. La grande bande lumineuse au milieu est l'émission de notre propre Galaxie. Crédit :Collaboration NASA/DOE/Fermi LAT
Fluctuations
Avec des collègues, Dr Mattia Fornasa, physicien des astroparticules à l'UvA et auteur principal de l'article, a effectué une analyse approfondie du fond de rayons gamma en utilisant 81 mois de données recueillies par le Fermi Large Area Telescope - beaucoup plus de données et avec une gamme d'énergie plus large que dans les études précédentes. En étudiant les fluctuations de l'intensité du fond gamma, les chercheurs ont pu distinguer deux contributions différentes au bruit de fond gamma. Une classe de sources de rayons gamma est nécessaire pour expliquer les fluctuations aux basses énergies (inférieures à 1 GeV) et un autre type pour générer les fluctuations à plus haute énergie – les signatures de ces deux contributions sont nettement différentes.
Dans leur article, les chercheurs suggèrent que les rayons gamma dans les gammes de haute énergie - à partir de quelques GeV - proviennent probablement de blazars non résolus. Une enquête plus approfondie sur ces sources potentielles est actuellement menée par Fornasa, son collègue chercheur UvA Shin'ichiro Ando et ses collègues de l'Université de Turin, Italie. Cependant, il semble beaucoup plus difficile d'identifier une source pour les fluctuations avec des énergies inférieures à 1 GeV. Aucun des émetteurs de rayons gamma connus n'a un comportement cohérent avec les nouvelles données.
Contraintes sur la matière noire
À ce jour, le télescope Fermi n'a détecté aucune indication concluante d'émission de rayons gamma provenant de particules de matière noire. Aussi, cette dernière étude n'a montré aucune indication d'un signal associé à la matière noire. En utilisant leurs données, Fornasa et ses collègues ont même pu exclure certains modèles de matière noire qui auraient produit un signal détectable.
«Notre mesure complète d'autres campagnes de recherche qui ont utilisé des rayons gamma pour rechercher de la matière noire et elle confirme qu'il reste peu de place pour l'émission de rayons gamma induite par la matière noire dans le fond gamma isotrope, " dit Fornasa.
