L'ouragan de la matière noire offre de meilleures chances d'identifier les particules Axion

Attention, nous sommes dans un ouragan que nous ne pouvons pas voir. Sa super-puissance d’invisibilité provient du fait qu’il est fait de matière noire.

Et les physiciens des astroparticules ont trouvé un excellent usage pour cet ouragan invisible dans l’espace: résoudre le mystère de ce qui constitue la substance mystérieuse. Dans un article publié le 7 novembre dans le journal Examen de physique D, des chercheurs de l’Université de Saragosse, du King’s College de Londres et de l’Institute of Astronomy du Royaume-Uni prédisent de meilleures chances d’identifier la matière noire en utilisant des données satellitaires détaillées sur les mouvements des étoiles.

Un rappel que l'humanité est une goutte dans le seau de l'univers

Le total général de la masse normale observée par l'humanité - votre chat, le soleil, une gousse de marée - représente moins de cinq pour cent de l'univers. Environ 68% sont de l’énergie noire et les 27% restants sont de la matière noire. Juste un espace sombre constitué de qui-sait-quoi, potentiellement à l'origine de l'accélération de l'expansion de l'univers. Parmi les théories actuelles, les scientifiques privilégient les particules massives à interaction faible (WIMD) ou les axions en tant que particule mystère.

Ciaran A. J. O’Hare, Ph.D., postdoctorant en physique théorique à l’Université de Saragosse, est le premier auteur de l’étude.

"La raison pour laquelle nous utilisons cette phrase est que nous sommes noyés dans un halo de matière noire et que nous tournons dans le disque galactique (cette roue tournante d'étoiles et de gaz), mais le halo est très différent", a déclaré O’Hare. Inverse. "Il n'y a pas de disque de matière noire, pas de rotation préférée, il suffit de bourdonner dans des directions aléatoires."

Fondamentalement, nous ne savons peut-être pas quelle est la particule, mais comme nous savons dans quelle direction nous tournons, des scientifiques comme O'Hare peuvent déterminer la source de la matière noire, point de départ des ruisseaux stellaires - les restes de galaxies naines étirées le ciel - entrez.

"Les cours d'eau sont vraiment des prédictions génériques sur la manière dont nous comprenons la formation des galaxies", déclare O’Hare. La plupart des flux sont volumineux et petits, mais une profusion de données riches recueillies par le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne sur la distance et la vitesse de plus d’un milliard d’étoiles fournissent aux chercheurs les détails nécessaires pour identifier les flux difficiles à voir à l'œil humain. De plus, les scientifiques savent que ces restes de galaxie naine sont accompagnés de matière noire.

Le courant S1, identifié grâce à Gaia, nous attaque comme un ouragan pour deux raisons.

"La chose la plus remarquable que nous ayons trouvée à propos de la S1 est que nous ne sommes pas seulement assis à l'intérieur, mais que nous allons dans la direction opposée, nous nous dirigeons vers l'amont", explique O’Hare. "Lors des tests, une fois que nous voyons de la matière noire, si le flux S1 est là, nous pouvons être tout à fait sûr que le signal que nous avons vu est de la matière noire, car nous pouvons l'associer à cet objet que nous pouvons voir dans l'espace."

Comment détectons-nous la matière noire?

Malgré le fait que la matière noire gifle notre galaxie au visage, la détection s'avère un défi. Les expériences créent généralement une collision et mesurent l'énergie, la lumière ou la chaleur dissipée. Des expériences précédentes ciblant les WIMP ont porté sur la diffusion à l'échelle nanométrique et la fenêtre d'énergie détectable est restée étroite. Pour mieux mettre en évidence le flux, le groupe a choisi de rechercher différentes particules hypothétiques, axions, dans des conditions expérimentales qui leur permettent de rechercher une dispersion à l'échelle millimétrique (encore infime, mais détectable) avec des chances de succès beaucoup plus grandes.

Les expériences actuelles tentent de monter en niveau dans deux directions, selon O’Hare. Certains chercheurs agrandissent l'expérience autant que possible pour donner davantage de particules avec lesquelles interagir. D'autre part, de plus en plus d'événements d'énergie pour la matière noire se produisent de manière exponentielle à des niveaux d'énergie inférieurs, ce qui nécessite la lecture de signaux de plus en plus fins.

Malgré les difficultés, le flux S1 se situe à un carrefour prometteur. «Ce que j’aime vraiment dans le flux S1, c’est qu’il nous donne fondamentalement une autre chose à rechercher», déclare O’Hare. «C’est l’interface de l’astronomie et de la physique des particules. C’est ce que l’astronomie peut nous dire à propos de la physique des particules et ce que la physique des particules peut dire à l’astronomie."