La matière noire représente plus de 80 % de toute la matière du cosmos, mais elle est invisible pour l’observation conventionnelle, car elle ne semble pas interagir avec la lumière ou les champs électromagnétiques. Aujourd'hui, le Dr Sukanya Chakrabarti, titulaire de la chaire Pei-Ling Chan du Collège des sciences de l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH), ainsi que l'auteur principal, le Dr Tom Donlon, associé postdoctoral de l'UAH, ont rédigé un article pour aider à éclairer combien de matière noire il y a dans notre galaxie et où elle réside en étudiant l'accélération gravitationnelle des pulsars binaires.

Chakrabarti a donné une conférence plénière sur ces travaux et sur d'autres méthodes de mesure des accélérations galactiques lors de la 243e réunion de l'American Astronomical Society à la Nouvelle-Orléans en janvier. Les résultats sont également publiés sur arXiv serveur de préimpression.

Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide qui émettent des impulsions de rayonnement à intervalles réguliers allant de quelques secondes à quelques millisecondes. Un pulsar binaire est un pulsar avec un compagnon qui permet aux physiciens de tester la relativité générale en raison des forts champs gravitationnels qui accompagnent ces objets. "Les pulsars sont de fantastiques horloges galactiques qui ont une stabilité temporelle qui rivalise avec les horloges atomiques", explique Chakrabarti.

"Les pulsars sont utilisés depuis des décennies dans des tests de précision de la théorie de la relativité générale. Nous les utilisons pour mesurer directement les minuscules accélérations des étoiles qui vivent dans le potentiel gravitationnel de notre galaxie. Ces accélérations ne sont que d'environ 10 centimètres par seconde sur une période d'environ 10 cm. décennie, ou à peu près la vitesse d'un bébé qui rampe, c'est pourquoi il était difficile de mesurer ces minuscules changements auparavant. Les données de synchronisation des pulsars provenant d'installations telles que NANOGrav et d'autres installations de synchronisation des pulsars ont rendu les mesures réalisables. "

NANOGrav, ou Observatoire nord-américain Nanohertz pour les ondes gravitationnelles, est un consortium d'astronomes qui détectent les ondes gravitationnelles à l'aide du télescope Green Bank, de l'observatoire d'Arecibo, du Very Large Array et de l'expérience canadienne de cartographie de l'intensité de l'hydrogène.

"En obtenant des mesures d'accélération d'une extrême précision, nous disposons désormais de la sonde la plus directe du potentiel gravitationnel de la galaxie, au-delà de ce qui a été fait en astronomie au cours du siècle dernier", note Chakrabarti. "Il existe maintenant de nombreuses sources de preuves indépendantes qui montrent que la galaxie a en réalité eu une histoire très dynamique. L'analyse par Tom du plus grand échantillon de synchronisation des pulsars montre directement pour la première fois que la galaxie a été perturbée par des interactions dynamiques, telles que le passage d'un nain. galaxies."

Obtenir un modèle précis du potentiel gravitationnel de la galaxie causé par la matière noire revient à compter les ondulations sur un étang après le lancement de la pierre.

"Nous avons utilisé tous les pulsars possibles, à condition qu'ils contiennent toutes les mesures dont nous avions besoin", explique l'auteur principal Donlon. "Pour mesurer l'accélération d'un pulsar, ils doivent être dans un système binaire stable. Vous devez également connaître la distance du pulsar, son mouvement dans le ciel et les détails de son orbite; toutes ces choses nécessitent une précision extrême. des mesures qui nécessitent des années d'observations ! Au fil du temps, nous devrions avoir plus de pulsars que nous pouvons utiliser pour de futures études."

Donlon rapporte que ces accélérations nous aident principalement à en apprendre davantage sur l'univers de deux manières principales. "La première est que les pulsars binaires émettent des ondes gravitationnelles, ce qui entraîne un rétrécissement de leurs orbites avec le temps, et finalement les deux objets s'écrasent l'un sur l'autre. Parce que le champ gravitationnel est très fort dans ce type de système et que les mesures de synchronisation des pulsars sont très précis, il est possible de tester les prédictions faites par la relativité générale par rapport à la décroissance observée de l'orbite du pulsar.

"La deuxième méthode consiste à tester la matière noire. La matière noire ne peut pas être vue, mais elle interagit toujours avec la matière ordinaire par gravité, et cette gravité supplémentaire provoque des accélérations sur ces pul-SARS. En comparant les accélérations que nous observons réellement avec les accélérations nous espérons obtenir de la matière normale, nous pouvons déterminer la quantité de matière noire qu'il y a et où elle se trouve."

En ce qui concerne l'avenir de cette recherche, Donlon conclut :« Nous pouvons planifier des expériences qui nécessitent beaucoup plus de pulsars, ce qui deviendra possible à mesure que nous obtiendrons davantage de mesures de synchronisation des pulsars. À mesure que le nombre de points de données augmentera, nous serons en mesure de cartographier l'évolution de notre galaxie. champ gravitationnel avec une précision incroyable, y compris des choses comme n'importe quel amas de matière noire."

Plus d'informations : Thomas Donlon et al, Structure galactique à partir des accélérations binaires de pulsar :au-delà des modèles lisses, arXiv (2024). DOI :10.48550/arxiv.2401.15808

Informations sur le journal : arXiv

Fourni par l'Université d'Alabama à Huntsville