L'écart entre les paramètres cosmologiques dans l'Univers moderne et l'Univers peu après le Big Bang peut s'expliquer par le fait que la proportion de matière noire a diminué. Les auteurs de l'étude ont pu calculer la quantité de matière noire qui aurait pu être perdue et quelle serait la taille correspondante de la composante instable. Les chercheurs peuvent explorer à quelle vitesse cette partie instable se désintègre et dire si la matière noire se désintègre toujours. Crédit :MIPT
Des scientifiques russes ont découvert que la proportion de particules instables dans la composition de la matière noire dans les jours qui ont immédiatement suivi le Big Bang ne dépassait pas 2 à 5 %. Leur étude a été publiée dans Examen physique D .
"L'écart entre les paramètres cosmologiques dans l'univers moderne et l'univers peu après le Big Bang peut s'expliquer par le fait que la proportion de matière noire a diminué. Nous avons maintenant, pour la première fois, pu calculer combien de matière noire aurait pu être perdue, et quelle serait la taille correspondante du composant instable, " déclare le co-auteur Igor Tkachev du Département de physique expérimentale de l'INR.
Les astronomes ont d'abord soupçonné qu'il y avait une grande proportion de masse cachée dans l'univers dans les années 1930, lorsque Fritz Zwicky a découvert des « particularités » dans un amas de galaxies de la constellation de la Coma Berenices, les galaxies se sont déplacées comme si elles étaient sous l'effet de la gravité d'une source invisible. Cette masse cachée, qui ne se déduit que de son effet gravitationnel, a reçu le nom de matière noire. Selon les données du télescope spatial Planck, la proportion de matière noire dans l'univers est de 26,8 pour cent; le reste est de la matière « ordinaire » (4,9 %) et de l'énergie noire (68,3 %).
La nature de la matière noire reste inconnue. Cependant, ses propriétés pourraient potentiellement aider les scientifiques à résoudre un problème survenu après avoir étudié les observations du télescope Planck. Cet appareil mesurait avec précision les fluctuations de température du rayonnement de fond cosmique à micro-ondes, "l'écho" du Big Bang. En mesurant ces fluctuations, les chercheurs ont pu calculer des paramètres cosmologiques clés en utilisant des observations de l'univers à l'ère de la recombinaison - environ 300, 000 ans après le Big Bang.
Cependant, lorsque les chercheurs ont mesuré directement la vitesse d'expansion des galaxies dans l'univers moderne, il s'est avéré que certains de ces paramètres variaient considérablement, à savoir le paramètre de Hubble, qui décrit le taux d'expansion de l'univers, et aussi le paramètre associé au nombre de galaxies dans les amas. "Cette variance était significativement supérieure aux marges d'erreur et aux erreurs systématiques que nous connaissions. Par conséquent, nous avons soit affaire à une sorte d'erreur inconnue, ou la composition de l'univers ancien est considérablement différente de l'univers moderne, " dit Tkachev.
La concentration de la composante instable de la matière noire F par rapport à la vitesse d'expansion des objets non liés à la gravitation (proportionnelle à l'âge de l'Univers) lors de l'examen de diverses combinaisons de données de Planck pour plusieurs phénomènes cosmologiques différents. Crédit :MIPT
L'écart peut être expliqué par l'hypothèse de la matière noire en décomposition (DDM), qui déclare que dans l'univers primitif, il y avait plus de matière noire, mais ensuite une partie s'est décomposée.
« Imaginons que la matière noire soit constituée de plusieurs composants, comme dans la matière ordinaire (protons, électrons, neutrons, neutrinos, photons). Et un composant est constitué de particules instables avec une durée de vie assez longue. A l'ère de la formation d'hydrogène, des centaines de milliers d'années après le Big Bang, ils sont encore dans l'univers, mais maintenant (des milliards d'années plus tard), ils ont disparu, s'étant désintégrés en neutrinos ou en particules relativistes hypothétiques. Dans ce cas, la quantité de matière noire à l'ère de la formation d'hydrogène et aujourd'hui sera différente, " dit l'auteur principal Dmitri Gorbunov, professeur au MIPT et membre du personnel de l'INR.
Les auteurs de l'étude ont analysé les données de Planck et les ont comparées avec le modèle DDM et le modèle standard ΛCDM (Lambda-cold dark mat) avec une matière noire stable. La comparaison a montré que le modèle DDM est plus cohérent avec les données d'observation. Cependant, les chercheurs ont découvert que l'effet de la lentille gravitationnelle (la distorsion du rayonnement de fond cosmique micro-ondes par un champ gravitationnel) limite considérablement la proportion de matière noire en décomposition dans le modèle DDM.
En utilisant les données d'observations de divers effets cosmologiques, les chercheurs ont pu donner une estimation de la concentration relative des composants en décomposition de la matière noire dans la région de 2 à 5 %.
"Cela signifie que dans l'univers d'aujourd'hui, il y a 5 % de matière noire en moins qu'à l'ère de la recombinaison. Nous ne sommes actuellement pas en mesure de dire à quelle vitesse cette partie instable s'est décomposée; la matière noire est peut-être encore en train de se désintégrer, même maintenant, bien qu'il s'agisse d'un modèle différent et considérablement plus complexe, " dit Tkachev.
