Une nouvelle étude publiée dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics révèle qu’une force attractive cachée entre les particules de matière noire pourrait ralentir la croissance cosmique au lieu de l’accélérer, remettant ainsi en question les prévisions cosmologiques standard sur l’expansion de l’univers et la formation des galaxies.
La matière noire est traditionnellement perçue comme une substance invisible qui ne réagit qu’à la gravité. Toutefois, des chercheurs examinent une hypothèse plus complexe selon laquelle les particules de matière noire pourraient interagir par l’intermédiaire d’une force cachée qui leur est propre.
Les tensions d’observation et l’hypothèse d’une force obscure
L’intérêt pour une telle « force noire » s’est intensifié à mesure que des observations de haute précision ont produit des résultats qui ne s’accordent pas toujours parfaitement. Les mesures de l’expansion cosmique et le développement des structures à grande échelle dessinent parfois des tableaux légèrement divergents. Certains relevés de l’univers lointain suggèrent que l’expansion a pu progresser un peu plus lentement dans le passé que ne le prévoit le modèle cosmologique standard.
En parallèle, les analyses du fond diffus cosmologique indiquent depuis longtemps que la matière pourrait être plus densément regroupée à grande échelle que prévu. Ces écarts restent modestes, mais ils incitent les physiciens à se demander si le modèle standard omet un ingrédient clé. Selon les chercheurs, une interaction opérant exclusivement entre particules de matière noire pourrait influencer à la fois l’expansion de l’univers et la formation des structures galactiques.
What we really know about dark matter has so far been learned only through its gravitational effects, That leaves open the possibility that dark matter might have additional interactions that are hidden from ordinary matter. Zachary Weiner, Perimeter Institute for Theoretical Physics
Une attraction accrue mais un effet contre-intuitif sur la structure
Pour tester cette idée, l’équipe de recherche a analysé un ensemble de modèles théoriques décrivant une force à longue portée agissant en plus de la gravitation. À première vue, l’intuition scientifique suggérait un résultat direct. En donnant à la matière noire une force attractive supplémentaire, les particules devraient s’assembler plus rapidement en amas, ce qui expliquerait la forte concentration observée de la matière.
Zachary Weiner, de l’Institut Perimeter de physique théorique, a expliqué que la première chose à laquelle on pouvait s’attendre était que l’ajout d’une force attractive supplémentaire à la matière noire devait faire croître les structures plus rapidement, mais qu’un autre effet entrait en jeu en même temps.
Cependant, un second phénomène modifie l’issue finale. Dans les modèles étudiés, le processus qui renforce l’attraction provoque également une perte de masse effective des particules de matière noire au fil de l’expansion de l’univers. Ce allègement affaiblit leur influence gravitationnelle, surpassant l’effet de l’attraction supplémentaire.
Conséquences pour les modèles cosmologiques et le DESI
Par conséquent, l’interaction ne renforce pas l’empreinte de la matière noire sur le fond diffus cosmologique. Dans la plupart des scénarios examinés, elle tend au contraire à supprimer ou à ralentir le développement des structures cosmiques à grande échelle. Ce mécanisme de compensation pourrait peser sur des théories plus vastes, notamment certaines explications avancées pour interpréter les récentes mesures du Dark Energy Spectroscopic Instrument.
Les théories impliquant une force attractive cachée doivent ainsi intégrer le fait que la matière noire devient plus légère à mesure que l’univers évolue. L’amélioration constante de la précision des nouveaux observatoires et des relevés cosmologiques permettra d’affiner ces modèles et de déterminer quelles interactions cachées peuvent être retenues ou exclues.
Zachary Weiner, de l’Institut Perimeter de physique théorique, a également souligné que l’univers est souvent plus subtil que notre intuition et que c’est précisément la raison pour laquelle nous devons continuer à tester ces idées.
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