Une équipe mondiale de scientifiques, dont deux physiciens de l'Université du Mississippi, a découvert que les mêmes instruments utilisés dans la découverte historique des ondes gravitationnelles causées par la collision de trous noirs pourraient aider à percer les secrets de la matière noire, une composante mystérieuse et non encore observée de l'univers.

Les résultats de la recherche d'Emanuele Berti, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'UM, Shrobana Gosh, un étudiant diplômé, et leurs collègues apparaît dans le numéro de septembre de Lettres d'examen physique , l'une des revues universitaires à comité de lecture les plus prestigieuses dans le domaine. « Ondes gravitationnelles stochastiques et résolubles des bosons ultralégers » est co-écrit par les collègues scientifiques Richard Brito, Enrico Barausse, Vitor Cardoso, Irina Dvorkine, Antoine Klein et Paolo Pani.

La nature de la matière noire reste inconnue, mais les scientifiques estiment qu'elle est cinq fois plus abondante que la matière ordinaire dans tout l'univers.

"La nature de la matière noire est l'un des plus grands mystères de la physique, " a déclaré Berti. " Il est remarquable que nous puissions maintenant faire de la physique des particules - étudier le " très petit " - en regardant l'émission d'ondes gravitationnelles des trous noirs, les objets les plus grands et les plus simples de l'univers."

PRL est l'une des nombreuses publications produites par l'American Physical Society et l'American Institute of Physics. Il contient des articles considérés comme des avancées significatives de la recherche, et donc, publié rapidement en bref, format lettre pour un large public de physiciens.

Cet article détaille les calculs des scientifiques, qui travaillent en Allemagne, La France, Italie, le Portugal et les États-Unis, montrent que les interféromètres à ondes gravitationnelles peuvent être utilisés pour détecter indirectement la présence de matière noire.

Un document d'accompagnement de l'équipe, "Les ondes gravitationnelles recherchent les bosons ultralégers avec LIGO et LISA, " a également été accepté et apparaîtra dans Examen physique D .

Les calculs montrent que certains types de matière noire pourraient former des nuages ​​géants autour des trous noirs astrophysiques. Si des particules scalaires ultralégères existent dans la nature, les trous noirs à rotation rapide déclencheraient la croissance de tels "condensats" scalaires au détriment de leur énergie de rotation, produire un nuage qui tourne autour du trou noir, maintenant plus lentement, et émet des ondes gravitationnelles, un peu comme un phare géant dans le ciel.

"Une possibilité est que la matière noire soit constituée de champs scalaires similaires au boson de Higgs, mais beaucoup plus léger que les neutrinos, " dit Pani. " Ce type de matière noire est difficile à étudier dans les accélérateurs de particules, comme le Grand collisionneur de hadrons au CERN, mais il peut être accessible aux détecteurs d'ondes gravitationnelles."

L'équipe dirigée par Brito a étudié les ondes gravitationnelles émises par le système "trou noir plus nuage". Selon la masse des particules hypothétiques, le signal est suffisamment fort pour être détecté par l'observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser, avec des instruments en Louisiane et à Washington, et son homologue européen Virgo, ainsi que par la future mission spatiale Laser Interferometer Space Antenna.

"Étonnamment, les ondes gravitationnelles provenant de sources trop faibles pour être détectables individuellement peuvent produire un fort bruit de fond stochastique, " a déclaré Brito. "Ce travail suggère qu'une analyse minutieuse du fond dans les données LIGO peut exclure - ou détecter - la matière noire ultralégère par des interféromètres à ondes gravitationnelles.

"C'est une nouveauté, frontière passionnante dans la physique des astroparticules qui pourrait éclairer notre compréhension de l'univers microscopique. »

LIGO est hors ligne depuis quelques mois pour des mises à jour. L'équipe prévoit d'annoncer de nouveaux, bientôt les résultats passionnants de sa deuxième série d'observations.

"Notre travail montre qu'une analyse minutieuse des ondes gravitationnelles stochastiques dans les données qu'ils ont déjà prises peut être utilisée pour placer des contraintes intéressantes sur la nature de la matière noire, " dit Berti.

Ce travail innovant "confirme la haute qualité du travail en physique des astroparticules et en astronomie des ondes gravitationnelles effectué par les membres du groupe de physique gravitationnelle de l'UM, largement reconnu comme l'un des leaders dans le domaine, " a déclaré Luca Bombelli, président et professeur de physique et d'astronomie à Ole Miss.