L’un des grands mystères des particules de matière noire est de savoir si elles interagissent les unes avec les autres. Nous ne connaissons toujours pas la nature exacte de la matière noire. Certains modèles soutiennent que la matière noire n’interagit que par gravitation, mais beaucoup d’autres postulent que les particules de matière noire peuvent entrer en collision les unes avec les autres, s’agglutiner et même se désintégrer en particules que nous pouvons voir. Si tel est le cas, alors les objets dotés de champs gravitationnels particulièrement puissants, tels que les trous noirs, les étoiles à neutrons et les naines blanches, pourraient capturer et concentrer la matière noire. Cela pourrait à son tour affecter la façon dont ces objets apparaissent.
À titre d’exemple, une étude examine l’interaction entre la matière noire et les étoiles à neutrons. L'étude est publiée sur arXiv serveur de préimpression.
Les étoiles à neutrons sont constituées de la matière la plus dense du cosmos. Leurs puissants champs gravitationnels pourraient piéger la matière noire et contrairement aux trous noirs, tout rayonnement de la matière noire ne sera pas piégé derrière un horizon d'événements. Les étoiles à neutrons sont donc des candidates idéales pour étudier les modèles de matière noire. Pour cette étude, l'équipe a examiné la quantité de matière noire qu'une étoile à neutrons pouvait capturer et comment la désintégration des particules de matière noire en interaction affecterait sa température.
Les détails dépendent du modèle spécifique de matière noire que vous utilisez. Plutôt que d’aborder des variantes de modèles, l’équipe a examiné de vastes propriétés. Plus précisément, ils se sont concentrés sur la manière dont la matière noire et les baryons (protons et neutrons) pourraient interagir, et si cela entraînerait le piégeage de la matière noire. Effectivement, pour toute la gamme d'interactions possibles baryon-matière noire, les étoiles à neutrons peuvent capturer la matière noire.
L’équipe a ensuite étudié comment la thermalisation de la matière noire pouvait se produire. En d’autres termes, à mesure que la matière noire est capturée, elle devrait libérer de l’énergie thermique dans l’étoile à neutrons via des collisions et l’annihilation de la matière noire. Au fil du temps, la matière noire et l'étoile à neutrons devraient atteindre un équilibre thermique.
La vitesse à laquelle cela se produit dépend de la force avec laquelle les particules interagissent, ce que l'on appelle la section efficace de diffusion. L’équipe a constaté que l’équilibre thermique est atteint assez rapidement. Pour des modèles scalaires simples de la matière noire, l’équilibre peut être atteint en 10 000 ans. Pour les modèles vectoriels de matière noire, l’équilibre peut se produire en seulement un an. Quel que soit le modèle, les étoiles à neutrons peuvent atteindre l'équilibre thermique en un clin d'œil cosmique.
Si ce modèle est correct, la matière noire pourrait alors jouer un rôle mesurable dans l’évolution des étoiles à neutrons. On pourrait par exemple identifier la présence de matière noire en observant des étoiles à neutrons plus chaudes que prévu. Ou peut-être même distinguer différents modèles de matière noire selon le spectre global des étoiles à neutrons.
Plus d'informations : Nicole F. Bell et al, Thermalisation et annihilation de la matière noire dans les étoiles à neutrons, arXiv (2023). DOI :10.48550/arxiv.2312.11892
Informations sur le journal : arXiv
Fourni par Universe Today
