Le chronométrage des pulsars suggère la présence d’un « sous-halo » de matière noire à proximité

Une anomalie détectée dans notre voisinage stellaire

C’est une découverte qui pourrait bien redéfinir notre compréhension de la structure galactique. Une équipe d’astronomes américains, dirigée par Sukanya Chakrabarti de l’Université de l’Alabama à Huntsville, a potentiellement mis le doigt sur la première preuve tangible d’un « sous-halo » de matière noire dissimulé juste au-delà de notre voisinage stellaire. Leurs travaux, publiés dans la revue spécialisée Physical Review Letters, suggèrent qu’un amas invisible de matière noire exercerait une subtile attraction gravitationnelle sur les pulsars environnants. Si ces résultats venaient à être confirmés, ils éclaireraient d’un jour nouveau la nature encore insaisissable de la matière noire et la manière dont elle se répartit au sein de notre propre galaxie.

Des structures fantômes aux masses colossales

Bien qu’elle n’ait jamais été observée directement, les astronomes estiment que la matière noire constitue environ 85 % de la masse totale de l’univers. Selon les modèles cosmologiques actuels, ce matériau invisible forme de vastes « halos » diffus qui enveloppent entièrement les disques plats des galaxies telles que la Voie lactée. À l’intérieur de ces immenses enveloppes, la théorie prédit l’existence de nombreuses structures plus petites, appelées sous-halos de matière noire.

Ces sous-structures devraient, en principe, être abondantes à travers la galaxie. Pourtant, leur détection reste un défi majeur. Même avec des masses pouvant dépasser des dizaines de millions de fois celle du Soleil, leur influence gravitationnelle sur la matière visible reste limitée, ce qui les rend extraordinairement difficiles à repérer pour les instruments actuels.

Les pulsars : des horloges cosmiques de haute précision

Pour traquer ces structures fuyantes, l’équipe de Sukanya Chakrabarti s’est tournée vers les pulsars. Ces étoiles à neutrons, hautement magnétisées et en rotation rapide, émettent de puissants faisceaux de rayonnement électromagnétique depuis leurs pôles magnétiques. L’axe magnétique étant généralement désaligné par rapport à l’axe de rotation, ces faisceaux balaient le ciel à la manière d’un phare. Lorsqu’un faisceau croise la ligne de visée de la Terre, le pulsar semble « pulser » avec une régularité stupéfiante, faisant de ces astres les horloges naturelles les plus précises de l’univers.

Ce mécanisme offre un avantage crucial : si un pulsar accélère vers la Terre ou s’en éloigne, le minutage de ces impulsions se décale légèrement. Cela permet aux astronomes de mesurer son accélération avec une précision remarquable. Dans le cadre de cette étude, l’équipe a analysé les données temporelles d’un rare système binaire de pulsars, ainsi que celles de pulsars solitaires situés à proximité. En l’absence de toute influence extérieure, le minutage du système binaire aurait dû indiquer une orbite elliptique stable, régie uniquement par la gravité mutuelle des deux étoiles.

L’hypothèse d’une masse invisible

Les observations ont révélé une réalité bien différente. Les chercheurs ont mis en évidence que les mouvements des pulsars étaient faussés par une source de masse supplémentaire, les tirant subtilement hors de leurs trajectoires attendues. Pour vérifier cette anomalie, l’équipe a mené une recherche exhaustive de toute matière ordinaire dans la région — étoiles ou nuages de gaz — susceptible d’expliquer ce phénomène. En s’appuyant sur les données du satellite Gaia et sur des relevés d’hydrogène atomique et moléculaire, ils n’ont trouvé aucun candidat plausible.

Face à l’ampleur de la distorsion observée, ils ont déduit qu’un objet invisible, d’une masse d’environ dix millions de masses solaires, devait en être responsable. Un tel objet correspondrait parfaitement aux attentes théoriques concernant un sous-halo de matière noire. De plus, il se situerait à seulement quelques milliers d’années-lumière du Soleil, une distance relativement courte à l’échelle galactique.

Vers une cartographie de l’invisible

Une part d’incertitude demeure quant à la nature exacte de cette découverte. Le signal détecté constitue-t-il indiscutablement la preuve d’un sous-halo de matière noire ? Les systèmes binaires de pulsars étant rares, des preuves indépendantes seront probablement nécessaires avant que la recherche de ces structures ne puisse être généralisée à plus grande échelle.

Malgré ces réserves, l’équipe espère que ces résultats marquent une première étape prometteuse vers la cartographie de la sous-structure de la matière noire dans la Voie lactée. L’objectif ultime reste de comprendre pourquoi la forme dominante de la matière dans l’univers demeure, à ce jour, si difficile à cerner.

Selon la source : phys.org

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