La matière noire continue de vexer les astronomes du monde entier. Nous voyons ses effets dans le regroupement des galaxies et la lentille gravitationnelle de la lumière dans les galaxies, et il semble comprendre environ 80 % de la matière dans l’univers, mais nous ne l’avons toujours pas détecté sur Terre. Alors qu’en est-il au moins de le détecter dans notre système solaire ? Cela pourrait être possible selon une nouvelle étude en Astronomie naturelle.
L’idée de base est simple. Si la matière noire est partout dans l’univers, alors il doit y avoir de la matière noire dans tout notre système solaire. Cela devrait affecter des choses telles que les orbites planétaires d’une manière que nous pouvons mesurer. Le problème est que nos observations des mouvements planétaires ne sont pas assez précises pour détecter les effets de la matière noire. Même Mercure, la planète qui serait la plus affectée par les concentrations de matière noire près du Soleil, n’a aucune déviation mesurée. Ce nouveau travail propose donc une expérience plus précise utilisant des horloges atomiques.
Selon la théorie, puisque la matière noire interagit gravitationnellement avec la matière ordinaire, la matière noire de notre système solaire devrait être la plus concentrée près du Soleil, c’est donc là qu’elle aurait le plus grand effet. L’équipe propose donc de placer une horloge atomique près du Soleil et de lui faire envoyer un signal à une autre horloge atomique plus éloignée. En envoyant un signal hautement accordé entre les deux, nous pourrions mesurer l’effet gravitationnel dans la région et éventuellement déterminer la densité de matière noire près du Soleil.
L’expérience pourrait également tester certains modèles de matière noire qui soutiennent que la matière noire est composée de particules ultra-légères. Si cela est vrai, ces particules interagiraient avec les électrons de manière subtile, faisant varier légèrement leur masse effective et leur force d’interaction. Cela entraînerait à son tour des signaux provenant des horloges atomiques pour avoir de minuscules fluctuations, qui pourraient également être détectables.
Ce qui est intéressant dans cette idée, c’est qu’une telle expérience pourrait être réalisée avec nos capacités d’ingénierie actuelles. De petites horloges atomiques de faible puissance sont facilement disponibles et pourraient facilement être placées sur des engins spatiaux. Et la sonde solaire Parker est déjà en orbite autour du Soleil dans l’orbite de Mercure depuis 2018, et se rapprochera bientôt encore plus du Soleil. Entreprendre cette expérience est un défi budgétaire et non technique.
Il se peut que le mystère de la matière noire ne soit pas résolu de si tôt. Beaucoup trop d’expériences se sont révélées nulles et nous ne sommes toujours pas près de comprendre les détails de sa nature. Mais de nouvelles expériences comme celle-ci montrent que nous avons plus d’idées à explorer, et plus nous en apprenons, plus nous serons proches de prouver la matière noire ou de prouver une théorie alternative.
Référence: Tsai, Yu-Dai, Joshua Eby et Marianna S. Safronova. “Détection directe de la matière noire ultra-légère liée au Soleil avec des capteurs quantiques spatiaux.” Astronomie naturelle (2022): 1-9.
