D’étranges signaux provenant du cœur de la Voie lactée pourraient s’expliquer par un nouveau modèle de matière noire

Des signaux inexpliqués venus du centre galactique

Au cœur de la Voie lactée, un phénomène intrigue les scientifiques : un surplus d’émissions de rayons gamma dont l’origine reste un mystère. Depuis des années, des hypothèses circulent, et l’une des plus tenaces pointe vers la matière noire. Cette composante invisible de l’univers, elle-même encore théorique, pourrait être à l’origine de ces signaux. Mais jusqu’à présent, aucune explication n’avait réussi à faire consensus.

Une nouvelle piste émerge aujourd’hui. Des chercheurs du King’s College de Londres ont élaboré un modèle inédit de matière noire qui pourrait bien changer la donne. Leur théorie ambitionne d’expliquer non pas un, mais au moins deux de ces signaux déroutants, et potentiellement même un troisième. Une avancée qui pourrait éclairer d’un jour nouveau le fonctionnement du centre de notre galaxie.

Matière visible contre matière noire : le match cosmique

Pour comprendre l’enjeu, il faut revenir aux bases. La matière que nous connaissons, celle qui compose les étoiles, les planètes et nous-mêmes, obéit à quatre forces fondamentales : la gravité, l’électromagnétisme, et les forces nucléaires forte et faible. La matière noire, elle, est bien plus discrète. Elle ne semble interagir qu’à travers la gravité, ce qui la rend invisible et incroyablement difficile à détecter directement.

Pourtant, elle domine l’univers. On estime que la matière noire pèse cinq fois plus que la matière ordinaire. Cette masse colossale forme d’immenses halos autour des galaxies. Au centre de celles-ci, comme la nôtre, la densité de matière noire est particulièrement élevée. C’est dans ce creuset cosmique que des phénomènes hors du commun pourraient se produire.

La théorie audacieuse de la « matière noire excitée »

Le nouveau modèle proposé par les physiciens du King’s College London introduit un concept novateur : celui d’une « matière noire excitée ». Selon cette théorie, au centre de la Voie lactée où les particules de matière noire sont plus denses et se déplacent plus vite, elles ne resteraient pas passives. Initialement dans leur « état fondamental » — leur plus bas niveau d’énergie —, elles pourraient interagir grâce à une cinquième force fondamentale, encore inconnue.

Lorsqu’elles se percutent, ces particules peuvent produire un état dit « excité », plus énergétique. Cet état n’est pas stable et finit par se désintégrer. C’est précisément dans cette désintégration que résiderait la source des signaux observés. Comme l’explique le Dr Shyam Balaji, l’un des auteurs de l’étude, les forces ont des particules médiatrices, comme le photon pour l’électromagnétisme. La désintégration de cette particule de matière noire excitée libérerait principalement le médiateur de cette fameuse cinquième force.

Mais un autre type de désintégration est également possible, et c’est la clé du mystère. L’état excité pourrait aussi se transformer en une paire composée d’un électron et de son équivalent en antimatière, le positron. Ces positrons, une fois créés, seraient à l’origine directe des différents signaux qui nous parviennent.

Un seul modèle pour résoudre trois énigmes

Les scientifiques sont confrontés à plusieurs signaux déroutants en provenance du centre galactique. « Nous avons de multiples signaux différents provenant du centre galactique dans ce que l’on appelle typiquement le régime de basse énergie », a expliqué le Dr Shyam Balaji, co-auteur principal de l’étude, à IFLScience. Il poursuit : « Il y a trois signaux différents, apparemment sans lien, mais ce que nous voulons démontrer, c’est qu’un modèle particulier de matière noire, ce modèle de matière noire excitée, peut en expliquer au moins deux et potentiellement contribuer de manière significative au troisième également. »

Ces trois mystères sont : une ligne d’émission à 511 keV, un continuum de rayons gamma à 2 MeV, et l’ionisation inhabituelle du gaz dans la Zone Moléculaire Centrale. Le modèle de la matière noire excitée suggère qu’un excès de positrons est produit au cœur de la galaxie. En s’éloignant, ces positrons perdent de l’énergie. S’ils en perdent suffisamment avant de rencontrer un électron, ils peuvent former un état lié spécial appelé positronium. La désintégration de ce dernier émet un photon avec une énergie précise de 511 keV.

Si, au contraire, un positron rencontre un électron alors qu’il possède encore trop d’énergie, leur interaction produit une émission de rayons gamma bien plus puissante, qui forme le fameux continuum à 2 MeV. Enfin, la création même de ces paires matière-antimatière pourrait jouer un rôle dans le troisième mystère. La lumière intense générée lors de ces événements serait capable d’arracher des électrons aux atomes de gaz de la région, contribuant ainsi à leur ionisation.

Sur la piste des preuves : l’enquête cosmique continue

Ce nouveau modèle a le mérite d’être particulièrement élégant. Bien que la matière noire reste, par définition, une hypothèse, cette proposition offre des pistes intrigantes pour donner un sens à des observations qui laissaient les astrophysiciens perplexes depuis des années. C’est une pièce de plus dans un immense puzzle cosmique.

Ce travail illustre parfaitement la démarche scientifique, comme le résume le Dr Balaji : « L’importance de ce genre de travail en général, qui établit le lien entre la théorie et l’expérience, c’est de chercher des indices comme un détective, d’accumuler toutes les preuves et de voir où cela nous mène. » L’enquête est donc loin d’être terminée.

Les prochains observatoires, plus puissants et plus précis, fourniront des données nouvelles et plus détaillées sur les processus à l’œuvre au centre de notre galaxie. Ils aideront, espérons-le, à résoudre ce mystère, qu’il soit lié aux événements décrits par ce modèle de matière noire ou à tout autre phénomène encore inconnu. En attendant, l’étude a été publiée dans la prestigieuse revue scientifique *The Astrophysical Journal Letters*.

Selon la source : iflscience.com