Les astronomes ont observé que la matière noire ne semble pas s'agglomérer beaucoup dans les petites galaxies, mais leur densité culmine fortement dans des systèmes plus grands tels que les amas de galaxies. Cela a été un casse-tête pourquoi différents systèmes se comportent différemment. Crédit :Kavli IPMU - Kavli IPMU a modifié ce chiffre en se basant sur l'image créditée par la NASA, STScI
Les particules de matière noire ne peuvent se disperser les unes contre les autres que lorsqu'elles atteignent la bonne énergie, disent des chercheurs au Japon, Allemagne, et l'Autriche dans une nouvelle étude. Leur idée aide à expliquer pourquoi les galaxies, de la plus petite à la plus grande, ont les formes qu'elles ont.
La matière noire est une forme mystérieuse et inconnue de matière qui comprend plus de 80 pour cent de la matière dans l'univers aujourd'hui. Sa nature est inconnue, mais les physiciens pensent que sa gravité est responsable de la formation des étoiles et des galaxies, qui a mené à notre existence.
"La matière noire est en fait notre mère, qui nous a tous donné naissance. Mais nous ne l'avons pas rencontrée; en quelque sorte, nous nous sommes séparés à la naissance. Qui est-elle? C'est la question que nous voulons savoir, " dit l'auteur de l'article Hitoshi Murayama, professeur à l'Université de Californie à Berkeley et chercheur principal de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers.
Les astronomes ont déjà découvert que la matière noire ne semble pas s'agglomérer autant que le suggèrent les simulations informatiques. Si la gravité est la seule force qui entraîne la matière noire, tirant seulement et ne poussant jamais, alors la matière noire devrait devenir très dense vers les centres des galaxies. Cependant, en particulier dans les petites galaxies faibles appelées sphéroïdes naines, la matière noire ne semble pas devenir aussi dense que prévu vers les centres galactiques.
Lorsque deux particules de matière noire se rapprochent, ont alors tendance à simplement se croiser. Crédit :Kavli IPMU
Ce puzzle pourrait être résolu si la matière noire se disperse contre elle-même comme des boules de billard, permettant aux particules de se répartir plus uniformément après une collision. Mais un problème avec cette idée est que la matière noire semble s'agglomérer dans des systèmes plus grands tels que les amas de galaxies. Qu'est-ce qui fait que la matière noire se comporte différemment entre les sphéroïdes naines et les amas de galaxies ? Une équipe internationale de chercheurs a développé une explication qui pourrait résoudre cette énigme, et révéler ce qu'est la matière noire.
"Si la matière noire ne se disperse qu'à une vitesse faible mais très spéciale, cela peut arriver souvent chez les sphéroïdes nains, où il se déplace lentement, mais il est rare dans les amas de galaxies où il se déplace rapidement. Il doit frapper une résonance, " dit le physicien chinois Xiaoyong Chu, chercheur postdoctoral à l'Académie autrichienne des sciences.
La résonance est un phénomène courant :faire tourner le vin dans un verre pour l'exposer à l'oxygène et produire plus d'arôme nécessite de faire tourner le verre exactement à la bonne vitesse. Les anciennes radios analogiques doivent être réglées sur la bonne fréquence. Ce sont des exemples de résonance, et l'équipe soupçonne que la résonance peut expliquer ce puzzle de matière noire.
Mais quand ils arrivent à une vitesse spéciale, ils « résonnent » et restent l'un avec l'autre pendant un bref instant, et déménager dans des directions différentes par la suite, les faisant se disperser. Par ici, la matière noire peut s'étendre afin que nous puissions comprendre le profil lisse dans les petites galaxies. Crédit :Kavli IPMU
"Pour autant que nous sachions, c'est l'explication la plus simple de l'énigme. Nous sommes excités parce que nous saurons peut-être bientôt ce qu'est la matière noire, " dit Murayama.
Cependant, l'équipe n'était pas convaincue qu'une idée aussi simple expliquerait correctement les données. "D'abord, nous étions un peu sceptiques quant à l'explication des données d'observation par cette idée ; mais une fois que nous l'avons essayé, Ça a marché comme sur des roulettes, " dit le scientifique colombien Camilo Garcia Cely, chercheur postdoctoral au Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) en Allemagne.
En utilisant l'idée de résonance, l'intrigue démontre que nous pouvons expliquer tous les systèmes en même temps. Crédit :Xiaoyong Chu, Camilo Garcia Cely, Hitoshi Murayama
L'équipe pense que ce n'est pas un hasard si la matière noire peut atteindre la bonne note. « Il existe de nombreux autres systèmes dans la nature qui présentent des accidents similaires :dans les étoiles, les particules alpha heurtent une résonance de béryllium, qui à son tour heurte une résonance de carbone, produisant les éléments constitutifs qui ont donné naissance à la vie sur Terre. Un processus similaire se produit pour une particule subatomique appelée phi, " dit Garcia Cely.
"Cela peut aussi être un signe que notre monde a plus de dimensions que ce que nous voyons. Si une particule se déplace dans des dimensions supplémentaires, il a de l'énergie. Pour les humains, qui ne voient pas la dimension supplémentaire, nous pensons que l'énergie est en fait la masse, grâce à E=mc d'Einstein 2 . Peut-être qu'une particule se déplace deux fois plus vite dans une dimension supplémentaire, faisant sa masse exactement deux fois plus que la masse de matière noire, " dit Chu.
La prochaine étape de l'équipe sera de trouver des données d'observation qui soutiennent leur théorie. "Si c'est vrai, des observations futures et plus détaillées de différentes galaxies révéleront que la diffusion de la matière noire le fait, En effet, dépend de sa vitesse, " dit Murayama, qui dirige également un groupe international distinct qui a l'intention de mener de telles recherches à l'aide du spectrographe Prime Focus, maintenant en construction. L'instrument de 80 millions de dollars sera monté sur le télescope Subaru au sommet du Mauna Kea sur Big Island, Hawaii, et sera capable de mesurer les vitesses de milliers d'étoiles dans des sphéroïdes naines.
L'article de l'équipe a été publié en ligne le 22 février par Lettres d'examen physique .
