Nous pourrions être plus près de comprendre le mystère de ce qu'est la matière noire, grâce à de nouvelles recherches menées par des physiciens du King's College de Londres.

Théorisés pour la première fois en 1977, les axions sont une particule hypothétique de masse légère qui a été suggérée comme un concurrent possible pour la matière noire, en raison de la chaleur qu'ils dégagent. Cependant, en raison de la gamme de tailles et de masses qu'ils pourraient avoir, leur identification concluante a été difficile.

Dans une série d'articles dans Physical Review D , Liina Chung-Jukko, les professeurs Malcolm Fairbairn, Eugene Lim, le Dr David Marsh et leurs collaborateurs ont suggéré une nouvelle approche pour localiser cette « particule merveilleuse » qui pourrait expliquer à la fois l'énergie noire et la matière noire.

Le professeur Malcolm Fairbairn explique :« Les axions sont l'un des principaux candidats à la matière noire. Nous avons découvert qu'ils ont la capacité de chauffer l'univers, tout comme les supernovae et les étoiles ordinaires, après s'être rassemblés en amas denses. Forts de ces connaissances, nous savons de loin plus de certitude où pointer nos instruments sur le terrain pour les trouver."

La théorie de la relativité générale d'Einstein suggère qu'environ 85 % de la matière de l'univers est constituée de matière noire, une forme inconnue de matière que nous n'avons pas pu observer ou sonder. Les effets gravitationnels, observés dans des scénarios tels que la formation de galaxies, n'ont de sens dans le modèle d'Einstein que s'il existe une grande quantité de matière que nous ne pouvons pas voir et qui n'interagit pas avec la lumière ou les champs électromagnétiques.

Les axions sont des prétendants à cette forme hypothétique de matière. Ces particules de faible masse doivent être présentes en très grand nombre pour expliquer la masse manquante dans les galaxies. Comme ces axions doivent exister en grand nombre, ils doivent également être regroupés de manière dense dans des zones spécifiques, ce qui signifie qu'ils sont soumis aux lois de la mécanique quantique.

Cela signifierait que les axions individuels commenceraient à agir de concert. Cela signifierait qu'il pourrait y avoir de grands groupements de matière noire à axions au centre des galaxies, autrement appelés « étoiles à axions ».

Ces étoiles à axions peuvent devenir instables au-delà d'un certain seuil de masse, explosant en rayonnement électromagnétique et en photons, des particules de lumière, comme le montre plus en détail Liina Chung-Jukko. Les scientifiques suggèrent que ces explosions ont le potentiel d'avoir réchauffé le gaz intergalactique qui existe entre les galaxies entre le temps séparant le big bang et la formation des premières étoiles, 50 à 500 millions d'années après le début de l'univers.

Cela changerait l'apparence du rayonnement de fond cosmique (CMB) - le rayonnement électromagnétique qui remplit tout l'espace - pendant cette période, que les scientifiques peuvent actuellement observer grâce aux ondes radio en utilisant une méthode appelée mesure de 21 cm.

En recherchant ainsi des signaux indiquant l'endroit où les étoiles axions ont explosé dans l'univers primitif ou actuel, les scientifiques pourraient être en mesure d'utiliser ces méthodes pour retrouver l'axion jusqu'à présent inobservé et découvrir la source d'une partie, sinon de la totalité, de la matière noire. /P>

Malcolm Fairbairn a déclaré :« Les étoiles à axions cohérentes, même celles qui sont relativement compactes, ont le potentiel d'éclater dans un halo d'électromagnétisme et de lumière. Connaître le type de structures que la matière noire axion peut former et son impact sur le gaz intergalactique environnant peut ouvrir la voie à de nouvelles structures. moyens de sa détection.

"Être capable de trouver l'axion nous aiderait probablement à résoudre l'une des plus grandes questions de la science, en préparation depuis plus d'un siècle, et aiderait à dévoiler l'histoire des premiers univers."

En calculant le nombre total d'étoiles axions dans l'univers et, par extension, leur potentiel explosif latent sur le gaz intergalactique, l'équipe a également supposé la taille du signal que les étoiles axions émettraient dans le CMB. Cela permettrait aux mesures de 21 cm de catégoriser avec précision ce qui provient ou non des axions, ce qui faciliterait la recherche.

Le travail de King rejoint un chœur croissant au sein de la communauté scientifique qui recherche l'axion comme principal prétendant à la matière noire, a déclaré David Marsh :« La mesure de 21 cm est généralement considérée comme l'avenir de la cosmologie et le rôle qu'elle joue dans la recherche de la matière noire. l'axion en est une des principales raisons. Il y a actuellement une énorme prolifération de recherches d'axions en cours, y compris des projets comme Dark Matter Radio. C'est une période très, très excitante pour être astrophysicien en ce moment. "

Plus d'informations : Miguel Escudero et al, Explosions d'étoiles Axion : Une nouvelle source pour la détection indirecte des axions, Physical Review D (2024). DOI :10.1103/PhysRevD.109.043018

Xiaolong Du et al, Taux de fusion de Soliton et désintégration améliorée de la matière noire des axions, Physical Review D (2024). DOI : 10.1103/PhysRevD.109.043019

Informations sur le journal : Examen physique D

Fourni par King's College de Londres