Matière noire, qui, selon les chercheurs, représentent environ 80% de la masse de l'univers, est l'un des mystères les plus insaisissables de la physique moderne. Qu'est-ce que c'est exactement et comment c'est arrivé est un mystère, mais une nouvelle étude de l'Université Johns Hopkins suggère maintenant que la matière noire pourrait avoir existé avant le Big Bang.

L'étude, publié le 7 août dans Lettres d'examen physique , présente une nouvelle idée de la naissance de la matière noire et comment l'identifier avec des observations astronomiques.

"L'étude a révélé une nouvelle connexion entre la physique des particules et l'astronomie. Si la matière noire est constituée de nouvelles particules nées avant le Big Bang, ils affectent la façon dont les galaxies sont réparties dans le ciel d'une manière unique. Cette connexion peut être utilisée pour révéler leur identité et tirer des conclusions sur l'époque avant le Big Bang également, " dit Tommi Tenkanen, un boursier postdoctoral en physique et astronomie à l'Université Johns Hopkins et l'auteur de l'étude.

Bien que l'on ne sache pas grand-chose sur ses origines, les astronomes ont montré que la matière noire joue un rôle crucial dans la formation des galaxies et des amas de galaxies. Bien que non directement observable, les scientifiques savent que la matière noire existe par ses effets de gravitation sur la façon dont la matière visible se déplace et est distribuée dans l'espace.

Pendant longtemps, les chercheurs pensaient que la matière noire devait être une substance résiduelle du Big Bang. Les chercheurs ont longtemps recherché ce genre de matière noire, mais jusqu'à présent, toutes les recherches expérimentales ont été infructueuses.

"Si la matière noire était vraiment un vestige du Big Bang, alors, dans de nombreux cas, les chercheurs auraient déjà dû voir un signal direct de matière noire dans différentes expériences de physique des particules, " dit Tenkanen.

En utilisant un nouveau, cadre mathématique simple, l'étude montre que la matière noire peut avoir été produite avant le Big Bang à une époque connue sous le nom d'inflation cosmique, lorsque l'espace s'étendait très rapidement. On pense que l'expansion rapide conduit à une production abondante de certains types de particules appelées scalaires. Jusque là, une seule particule scalaire a été découverte, le fameux boson de Higgs.

"Nous ne savons pas ce qu'est la matière noire, mais si cela a quelque chose à voir avec des particules scalaires, il est peut-être plus ancien que le Big Bang. Avec le scénario mathématique proposé, nous n'avons pas à supposer de nouveaux types d'interactions entre la matière visible et noire au-delà de la gravité, dont nous savons déjà qu'il est là, " explique Tenkanen.

Alors que l'idée que la matière noire existait avant le Big Bang n'est pas nouvelle, d'autres théoriciens n'ont pas été en mesure de proposer des calculs qui soutiennent l'idée. La nouvelle étude montre que les chercheurs ont toujours négligé le scénario mathématique le plus simple possible pour les origines de la matière noire, il dit.

La nouvelle étude suggère également un moyen de tester l'origine de la matière noire en observant les signatures laissées par la matière noire sur la répartition de la matière dans l'univers.

"Bien que ce type de matière noire soit trop insaisissable pour être trouvé dans les expériences sur les particules, il peut révéler sa présence dans les observations astronomiques. Nous en apprendrons bientôt plus sur l'origine de la matière noire lorsque le satellite Euclid sera lancé en 2022. Ce sera très excitant de voir ce qu'il révélera sur la matière noire et si ses découvertes peuvent être utilisées pour jeter un coup d'œil sur l'époque avant le Grand Claquer."