De gigantesques amas de matière noire invisible qui parcourent l’univers pourraient faire des ravages sur les étoiles binaires, les déchirant lentement, suggère une nouvelle étude. Ces effets violents pourraient aider à révéler la véritable nature de l’entité la plus insaisissable de l’univers.
Au fil des décennies, les astronomes ont accumulé une quantité énorme de preuves démontrant l’existence de la matière noire, une forme invisible de matière qui représente environ 85 % de la masse de presque toutes les galaxies. Initialement, les astronomes pensaient que la matière noire pourrait être un nouveau type de particule connue sous le nom de particules massives à faible interaction (WIMP), qui n’interagiraient entre elles que par la gravité et la faible force nucléaire.
Mais les expériences conçues pour trouver les traces des signaux des WIMP lorsqu’ils flottent sur la Terre n’ont rien trouvé, et le modèle WIMP a quelques difficultés à correspondre aux densités de matière dans les noyaux galactiques. Pour cette raison, les scientifiques se tournent de plus en plus vers un modèle alternatif dans lequel la particule de matière noire est extrêmement légère – encore plus légère que la particule la plus légère connue, le neutrino.
Dans ces modèles, la particule de matière noire serait plus d’un milliard de milliards de fois plus légère qu’un électron. Et nous savons grâce à la mécanique quantique que toutes les particules sont associées à une nature ondulatoire, que nous ne pouvons généralement détecter que dans des expériences subatomiques. Mais dans ce scénario, la matière noire serait si légère qu’elle agirait davantage comme une onde à une échelle égale ou supérieure à celle du système solaire.
Récemment, une équipe d’astronomes chinois a examiné ce modèle et a cherché des moyens de détecter par observation ce type de matière noire. Ils ont rapporté leur travail dans un article publié au serveur de préimpression arXiv en avril. (L’étude n’a pas encore été évaluée par des pairs.)
La matière noire ultralégère ne bourdonnerait pas autour du cosmos comme de minuscules balles. Au lieu de cela, il circulerait autour de chaque galaxie comme un vaste océan invisible. Et tout comme les océans peuvent supporter des vagues, le bain de matière noire ultralégère aurait ses propres oscillations. Certaines de ces ondes pourraient potentiellement se regrouper en un seul groupe qui se déplace de manière interdépendante tout en conservant sa forme – connu sous le nom de soliton.
La matière noire (représentée en bleu sur cette image satellite composite) domine jusqu’à 85 % de la masse de la plupart des galaxies. (Crédit image : NASA, ESA, CFHT, CXO, MJ Jee (Université de Californie, Davis) et A. Mahdavi (Université d’État de San Francisco))
Ces solitons seraient complètement invisibles – comme des vagues géantes et scélérates traversant la galaxie, mais constituées d’une matière si légère qu’elles affecteraient à peine leur environnement. Mais les scientifiques à l’origine de la nouvelle étude ont découvert que la taille énorme des solitons pouvait subtilement modifier l’environnement gravitationnel qui les entoure.
L’influence gravitationnelle des solitons serait si faible que presque tout dans la galaxie n’en serait pas affecté. Mais les paires binaires d’étoiles très espacées ne sont que faiblement liées ensemble par leur gravité mutuelle, de sorte que les solitons seraient suffisamment grands pour modifier leurs orbites.
Les chercheurs ont identifié toutes les paires binaires larges dans le Catalogue Gaïa des milliards d’étoiles les plus proches du soleil et les a signalées pour de futures observations. Si les étoiles binaires commençaient à s’éloigner les unes des autres, cela pourrait être dû à l’influence des solitons.
L’équipe a découvert qu’en observant l’évolution des étoiles binaires, nous pourrions avoir une sonde très sensible de matière noire ultralégère – peut-être même plus sensible que n’importe quel laboratoire terrestre conçu pour détecter ce type de matière noire. Ainsi, si quelque chose d’étrange semble arriver aux étoiles binaires, nous pourrions avoir notre premier indice sur la nature de la matière noire.
2024-05-12 15:00:00
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