Quand les astrophysiciens observent la lueur gamma d'une galaxie en dehors de la nôtre, tout ce qu'ils voient généralement est une petite tache car la galaxie est extrêmement éloignée. Donc, quand une galaxie apparaît comme une goutte étendue, il doit se passer quelque chose d'extraordinaire qui pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre les propriétés de l'espace lointain.

Maintenant, scientifiques, y compris des chercheurs du laboratoire national d'accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie, ont compilé le catalogue le plus détaillé de ces blobs en utilisant huit années de données collectées avec le télescope à grande surface (LAT) sur le télescope spatial Fermi Gamma-Ray de la NASA. Les blobs, y compris 19 sources de rayons gamma qui n'étaient pas connues pour être étendues auparavant, fournir des informations cruciales sur la naissance des étoiles, comment ils meurent, et comment les galaxies crachent de la matière sur des milliards de kilomètres dans l'espace.

Curieusement, bien que, ce sont les régions cosmiques où ils n'ont pas trouvé de taches qui ont jeté un nouvel éclairage sur deux ingrédients particulièrement mystérieux de l'univers :la matière noire - une forme invisible de matière six fois plus répandue que la matière ordinaire - et le champ magnétique qui imprègne l'espace entre galaxies et dont l'origine est inconnue.

"Ces données sont très excitantes car elles nous permettent d'étudier certains des processus les plus fondamentaux de l'univers, et ils pourraient potentiellement nous amener à découvrir une physique complètement nouvelle, " dit Regina Caputo, scientifique de la NASA, l'un des leaders de la récente étude de la collaboration internationale Fermi-LAT, qui a été publié dans le Journal d'astrophysique .

Amas de matière noire

L'une des choses que les chercheurs ont recherchées étaient des taches de rayons gamma associées aux galaxies compagnes en orbite autour de notre Voie lactée. Comme le plus faible de ces satellites contient très peu d'étoiles, on pense qu'ils sont maintenus ensemble par la matière noire.

Les scientifiques pensent que la matière noire pourrait être constituée de particules appelées WIMPs, qui émettraient des rayons gamma lorsqu'ils entreraient en collision et se détruiraient. Un signal de goutte de rayons gamma provenant d'une galaxie satellite ultrafaible serait un indice fort de l'existence de WIMPS.

"Nos simulations de formation de galaxies prédisent qu'il devrait y avoir plus de galaxies satellites que celles que nous avons pu détecter dans les relevés optiques, " dit Caputo. " Certains d'entre eux pourraient être si faibles que nous ne pourrons peut-être les voir que s'ils produisaient des rayons gamma en raison de l'annihilation de la matière noire. "

Dans la nouvelle étude, les chercheurs de Fermi-LAT ont recherché des gouttes de rayons gamma associées à ces galaxies satellites prédites. Ils n'en ont trouvé aucun. Mais même le fait qu'ils soient arrivés les mains vides est un résultat important :cela leur permettra, dans les études futures, définir la répartition de la matière noire dans les satellites de la Voie lactée et la probabilité que les WIMP produisent des rayons gamma. Il fournit également de nouvelles données pour les modèles d'évolution des galaxies.

Faible magnétisme cosmique

Les chercheurs ont également utilisé leurs données pour obtenir plus d'informations sur la force du champ magnétique entre les galaxies, qu'ils espèrent être une pièce de puzzle importante pour déterminer l'origine du champ.

Pour cette partie de l'étude, l'équipe a examiné les blazars – des galaxies actives qui crachent des jets de plasma à grande vitesse loin dans l'espace. La sonde Fermi peut détecter des rayons gamma associés à des jets pointant en direction de la Terre.

Les blazars apparaissent comme des sources ponctuelles, mais un mécanisme impliquant le champ magnétique intergalactique pourrait potentiellement les faire ressembler à des sources étendues, dit Manuel Meyer, un boursier Humboldt à l'Institut Kavli pour l'astrophysique des particules et la cosmologie (KIPAC) et un autre auteur principal de l'étude.

Les chercheurs n'ont trouvé aucune goutte associée aux blazars. De nouveau, cette non-présentation était une information précieuse :elle a permis à l'équipe de calculer que le champ magnétique est au moins un dixième de millionième milliardième aussi fort que le champ magnétique terrestre. La limite supérieure du champ magnétique – un milliard de fois plus faible que le champ terrestre – était déjà connue.

Le champ intergalactique est plus fort que ce que les chercheurs avaient prévu, Meyer dit, et ces nouvelles informations pourraient les aider à découvrir si elles proviennent de matériaux déversés dans l'espace ces derniers temps ou si elles ont été créées lors de processus qui se sont produits dans l'histoire cosmique antérieure.

Le magnétisme cosmique pourrait également avoir des liens avec la matière noire. En alternative au modèle WIMP, il est proposé que la matière noire soit constituée de particules plus légères appelées axions qui pourraient émerger des rayons gamma (et se reconvertir en eux) en présence d'un champ magnétique. "Pour que cela se produise, l'intensité du champ devrait être plus proche de sa limite supérieure, bien que, " dit Meyer. " Il est vraiment intéressant de prendre en compte ce mécanisme dans nos études sur la matière noire, et nous le faisons en ce moment au sein de la collaboration Fermi-LAT."