L'interprétation d'un artiste de la Voie lactée montre la distribution "en carré" des étoiles dans le centre galactique. Une équipe de physiciens dirigée par l'UCI a déclaré dans une étude récemment publiée que cette forme laissait très peu de place à un excès de rayonnement provenant de la destruction des particules de matière noire. Crédit :Oscar Macias pour l'UCI
La détection il y a plus d'une décennie par le télescope spatial Fermi Gamma d'un excès de rayonnement de haute énergie au centre de la Voie lactée a convaincu certains physiciens qu'ils voyaient des preuves de l'annihilation des particules de matière noire, mais une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université de Californie, Irvine a écarté cette interprétation.
Dans un article publié récemment dans la revue Examen physique D , les scientifiques et collègues de l'UCI de l'Institut polytechnique de Virginie et de l'Université d'État et d'autres institutions rapportent que, grâce à une analyse des données de Fermi et à une série exhaustive d'exercices de modélisation, ils ont pu déterminer que les rayons gamma observés ne pouvaient pas avoir été produits par ce que sont appelées particules massives interagissant faiblement, le plus souvent théorisé comme l'étoffe de la matière noire.
En éliminant ces particules, dont la destruction pourrait générer des énergies allant jusqu'à 300 giga-électron-volts, les auteurs de l'article disent, ils ont imposé les contraintes les plus fortes à ce jour sur les propriétés de la matière noire.
« Depuis une quarantaine d'années, le principal candidat pour la matière noire parmi les physiciens des particules était un thermique, particule à faible interaction et à faible échelle, et ce résultat exclut pour la première fois ce candidat jusqu'aux particules de très haute masse, " a déclaré le co-auteur Kevork Abazajian, Professeur UCI de physique et d'astronomie.
« Dans de nombreux modèles, cette particule va de 10 à 1, 000 fois la masse d'un proton, les particules plus massives étant théoriquement moins attractives en tant que particule de matière noire, " a ajouté le co-auteur Manoj Kaplinghat, également professeur de physique et d'astronomie à l'UCI. "Dans ce document, nous éliminons les candidats de matière noire sur la plage privilégiée, ce qui est une énorme amélioration des contraintes que nous imposons aux possibilités que celles-ci soient représentatives de la matière noire."
Abazajian a déclaré que les signaux de matière noire pourraient être évincés par d'autres phénomènes astrophysiques dans le centre galactique, tels que la formation d'étoiles, déviation des rayons cosmiques du gaz moléculaire et, notamment, les étoiles à neutrons et les pulsars millisecondes, en tant que sources de rayons gamma en excès détectés par le télescope spatial Fermi.
"Nous avons examiné toutes les différentes modélisations qui se déroulent dans le Centre Galactique, y compris le gaz moléculaire, les émissions stellaires et les électrons de haute énergie qui diffusent des photons de basse énergie, " a déclaré le co-auteur Oscar Macias, un chercheur postdoctoral en physique et astronomie à l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers de l'Université de Tokyo dont la visite à l'UCI en 2017 a initié ce projet. "Il nous a fallu plus de trois ans pour tirer tous ces nouveaux, meilleurs modèles ensemble et examiner les émissions, constatant qu'il reste peu de place pour la matière noire."
Cette représentation des données du télescope spatial Fermi Gamma Ray après son lancement en 2008 montre un excès de rayonnement de haute énergie dans le centre galactique de la Voie lactée. De nombreux physiciens ont attribué cela à l'annihilation de particules de matière noire à faible interaction, mais une étude menée par l'UCI a exclu cette possibilité à travers une gamme de masses de particules. Crédit :Oscar Macias pour l'UCI
Macias, qui est également chercheur postdoctoral au Centre GRAPPA de l'Université d'Amsterdam, a ajouté que ce résultat n'aurait pas été possible sans les données et les logiciels fournis par la collaboration Fermi Large Area Telescope.
Le groupe a testé toutes les classes de modèles utilisés dans la région du Centre Galactique pour les analyses d'émissions excédentaires, et ses conclusions sont restées inchangées. « Il faudrait concevoir un modèle d'émission diffuse qui laisse un grand « trou » dedans pour assouplir nos contraintes, et la science ne fonctionne pas ainsi, " dit Macias.
Kaplinghat a noté que les physiciens ont prédit que le rayonnement de l'annihilation de la matière noire serait représenté sous une forme sphérique ou elliptique nette émanant du Centre Galactique, mais l'excès de rayons gamma détecté par le télescope spatial Fermi après son déploiement en juin 2008 se présente sous la forme d'un triaxial, structure en forme de barre.
"Si vous regardez le Centre Galactique, vous voyez que les étoiles sont réparties de manière carrée, " dit-il. " Il y a un disque d'étoiles, et en plein centre, il y a un renflement d'environ 10 degrés dans le ciel, et c'est en fait une forme très spécifique - une sorte de boîte asymétrique - et cette forme laisse très peu de place à la matière noire supplémentaire."
Cette recherche exclut-elle l'existence de matière noire dans la galaxie ? "Non, " a déclaré Kaplinghat. "Notre étude limite le type de particule que pourrait être la matière noire. Les multiples sources de preuves de la matière noire dans la galaxie sont robustes et ne sont pas affectées par notre travail."
Loin de considérer les conclusions de l'équipe comme décourageantes, Abazajian a déclaré qu'ils devraient encourager les physiciens à se concentrer sur des concepts autres que les plus populaires.
"Il existe de nombreux candidats alternatifs à la matière noire, " dit-il. " La recherche va être plus comme une expédition de pêche où vous ne savez pas déjà où sont les poissons. "
