Un nouveau regard sur les “anneaux d’Einstein” autour des galaxies lointaines nous a rapprochés de la résolution du débat sur la matière noire

Les physiciens croient que la majeure partie de la matière dans l’univers est constituée de matière invisible que nous ne connaissons que par ses effets indirects sur les étoiles et les galaxies que nous pouvons voir.

Nous ne sommes pas fous ! Sans cette “matière noire”, l’univers tel que nous le voyons n’aurait aucun sens.

Mais la nature de la matière noire est un ancien mystère. Mais, Nouvelle étude Écrit par Alfred Amroth de l’Université de Hong Kong et ses collègues, publié dans astronomie naturelleutilise la flexion gravitationnelle de la lumière pour nous rapprocher un peu plus de la compréhension.

Invisible mais partout

La raison pour laquelle nous pensons que la matière noire existe est parce que nous pouvons voir l’effet de sa gravité sur le comportement des galaxies. En particulier, la matière noire semble représenter environ 85 % de la masse de l’univers, et la plupart des galaxies lointaines que nous pouvons voir semblent être entourées d’un mystérieux halo de matière.

Mais on l’appelle matière noire parce qu’elle n’émet pas, n’absorbe pas ou ne réfléchit pas la lumière, ce qui la rend très difficile à détecter.

Alors, quelles sont ces choses? Nous pensons que ce doit être une sorte de particule fondamentale inconnue, mais nous n’en sommes pas encore sûrs. Toutes les tentatives de détection de particules de matière noire dans des expériences en laboratoire ont jusqu’à présent échoué et les physiciens débattent de leur nature depuis des décennies.

Les scientifiques ont proposé deux principaux candidats hypothétiques pour la matière noire : un caractère relativement lourd appelé particule massive à faible interaction (ou WIMP) et une particule très légère appelée axion. En théorie, les WIMP se comportent comme des particules discrètes, alors que les axions se comportent comme des ondes en raison des interférences quantiques.

Il est difficile de faire la différence entre ces deux possibilités, mais un petit détour autour d’une galaxie lointaine donne un indice.

Lentille et anneaux gravitationnels d’Einstein

Lorsque la lumière traverse l’univers par un objet massif tel qu’une galaxie, sa trajectoire est courbée car, selon la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, la gravité de l’objet massif déforme l’espace et le temps qui l’entourent.

Par conséquent, parfois, lorsque nous regardons une galaxie lointaine, nous pouvons voir une image déformée d’une autre galaxie derrière elle. Et si tout s’aligne parfaitement, la lumière de la galaxie d’arrière-plan entourera la galaxie la plus proche.

Cette distorsion de la lumière est appelée “lentille gravitationnelle”, et les cercles qu’elle peut créer sont appelés “boucles d’Einstein”.

En étudiant comment les anneaux ou d’autres images lenticulaires sont déformés, les astronomes peuvent étudier les propriétés des halos de matière noire qui entourent les galaxies proches.

Axion contre WIMP

Et c’est exactement ce qu’Amroth et son équipe ont fait dans leur nouvelle étude. Ils ont examiné plusieurs systèmes dans lesquels plusieurs copies du même objet sont visibles en arrière-plan autour de la galaxie lentille de premier plan, avec un accent particulier sur un système appelé HS 0810+2554.

À l’aide d’une modélisation détaillée, ils ont compris comment l’image serait déformée si la matière noire était créée à partir de WIMP par rapport à ce qu’elle serait si la matière noire était créée à partir d’axes. Le modèle WIMP ne ressemble pas à la réalité, mais le modèle axion reproduit fidèlement toutes les fonctionnalités du système.

Ces résultats suggèrent que les axions sont un candidat plus probable pour la matière noire, et leur capacité à expliquer les anomalies de lentille et d’autres observations astrophysiques a irrité les scientifiques.

particules et galaxies

La nouvelle recherche s’appuie sur des études antérieures qui suggèrent également que les axions sont la forme la plus probable de matière noire. Par exemple, une étude voir l’effet de la matière noire de l’axion sur le fond cosmique des micro-ondes, transitoire final Examen du comportement de la matière noire dans les galaxies naines.

Bien que cette recherche ne mette pas fin au débat scientifique sur la nature de la matière noire, elle ouvre de nouvelles voies pour les tests et l’expérimentation. Par exemple, les observations de lentilles gravitationnelles pourraient à l’avenir être utilisées pour étudier les propriétés ondulatoires des axones et éventuellement mesurer leur masse.

Une meilleure compréhension de la matière noire aura des implications sur ce que nous savons de la physique des particules et de l’univers primitif. Cela peut également nous aider à mieux comprendre comment les galaxies se forment et changent avec le temps.