Crédit :NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
Donc tu veux trouver la matière noire, mais vous ne savez pas où chercher. Une planète géante pourrait être exactement le type de détecteur de particules dont vous avez besoin ! Heureusement, il se trouve que notre système solaire en a quelques-uns disponibles, et le plus gros et le plus proche est Jupiter. Les chercheurs Rebecca Leane (Stanford) et Tim Linden (Stockholm) ont publié cette semaine un article décrivant comment la géante gazeuse pourrait bien détenir la clé pour trouver la matière noire insaisissable.
La nature de la matière noire est l'un des plus grands mystères actuels de la physique. Il interagit de manière gravitationnelle - nous pouvons le voir maintenir ensemble des galaxies qui autrement voleraient en éclats - mais il ne semble pas interagir avec la matière normale d'une autre manière.
Les théories les plus populaires postulent que la matière noire est une sorte de particule qui est soit trop petite, soit trop faiblement interagissant pour être facilement observée. Des accélérateurs de particules et des expériences de collisionneur ont été mis en place pour briser ensemble des particules subatomiques; les chercheurs espèrent voir des quantités inattendues d'énergie manquantes de la collision résultante, ce qui suggérerait une particule inconnue, peut-être de la matière noire, s'échappe du détecteur. Jusque là, pas de chance.
Mais la matière noire devrait aussi être présente dans la nature, et pourrait être capturé par gravitation par des objets avec de grands puits de gravité, comme la Terre, le soleil et Jupiter. Heures supplémentaires, la matière noire pourrait s'accumuler à l'intérieur d'une planète ou d'une étoile jusqu'à ce qu'il y ait une densité suffisante pour qu'une particule de matière noire puisse en heurter une autre, annihilant les deux. Même si nous ne pouvons pas voir la matière noire elle-même, nous devrions être en mesure de voir les résultats d'une telle collision. Il produirait un rayonnement de haute énergie sous forme de rayons gamma.
Le télescope spatial à rayons gamma Fermi. Crédit :NASA
Entrez dans le télescope spatial Fermi Gamma de la NASA, lancé en 2008 sur une fusée Delta II. Il examine le ciel à la recherche de sources de rayons gamma depuis plus d'une décennie maintenant. Les chercheurs Leane et Linden ont utilisé le télescope pour regarder Jupiter, et a produit la toute première analyse de l'activité des rayons gamma de la planète géante. Ils espéraient voir des preuves d'un excès de rayons gamma créés par l'annihilation de la matière noire à l'intérieur de Jupiter.
Comme l'explique Léane, La taille et la température de Jupiter en font un détecteur de matière noire idéal. "Parce que Jupiter a une grande surface par rapport aux autres planètes du système solaire, il peut capturer plus de matière noire… Vous pourriez alors vous demander pourquoi ne pas simplement utiliser le soleil encore plus gros (et très proche). Bien, le deuxième avantage est que parce que Jupiter a un noyau plus froid que le soleil, cela donne moins d'effet thermique aux particules de matière noire. Cela peut en partie empêcher la matière noire plus légère de s'évaporer de Jupiter, qui se serait évaporé du soleil."
L'étude initiale de Leane et Linden sur Jupiter n'a pas encore trouvé de matière noire. Cependant, il y avait un excès de rayons gamma alléchant à de faibles niveaux d'énergie, ce qui va nécessiter de meilleurs outils pour bien étudier. "Nous repoussons vraiment les limites de Fermi pour analyser de tels gammas à basse énergie, " dit Leane. " Dans l'attente, il sera intéressant de voir si les prochains télescopes à rayons gamma MeV tels que AMEGO et e-ASTROGAM trouvent des rayons gamma joviens, surtout à l'extrémité inférieure de notre analyse, où la performance de Fermi souffre. Peut-être que Jupiter a encore des secrets à partager."
Les télescopes AMEGO et e-ASTROGRAM sont encore au stade du concept, mais ce ne sont peut-être que les outils nécessaires pour trouver la matière noire, et Jupiter pourrait bien être l'objet cible dans lequel le trouver.
En haut à gauche montre les comptes de rayons gamma dans une région de 45 degrés autour de Jupiter. En haut à droite montre la même partie du ciel quand Jupiter n'est pas là (le fond). En bas à gauche montre les comptes de rayons gamma restants lorsque le fond est soustrait. En bas à droite montre la taille et la position de Jupiter du télescope Fermi. S'il y avait un excès de rayons gamma, la carte en bas à gauche aurait dû s'allumer à la position de Jupiter. A ces niveaux d'énergie, il n'a pas, bien qu'il l'ait fait à des niveaux d'énergie inférieurs, d'où la nécessité de poursuivre l'observation avec de nouveaux télescopes. Crédit :Rebecca Leane et Tim Linden
Leane et un autre collègue, Juri Smirnov (État de l'Ohio), pense qu'une technique similaire pourrait également être utilisée pour rechercher de la matière noire dans des exoplanètes de type Jupiter ou des étoiles naines brunes froides.
Exoplanètes et naines brunes plus proches du centre de la galaxie, où il y a des densités plus élevées de matière noire, devrait apparaître plus chaud dans l'infrarouge que les planètes et les étoiles plus éloignées, en raison de l'annihilation plus fréquente de la matière noire dans leurs noyaux. Le télescope spatial James Webb pourrait être en mesure de fournir un relevé infrarouge de suffisamment de planètes pour corroborer cette théorie.
Que nous trouvions des preuves de matière noire dans une exoplanète, ou dans notre propre géante gazeuse près de chez nous, une telle découverte marquerait un grand bond en avant dans notre modèle de l'univers. Il n'y a aucune garantie non plus, mais ça vaut le coup d'oeil, et les bases de la recherche sont en train d'être posées.
