Des scientifiques pensent que la matière noire pourrait baigner notre galaxie d’une lumière mystérieuse

L’énigme lumineuse de la matière noire

La matière noire constitue environ 27 % de l’univers. Insaisissable, elle est omniprésente mais demeure totalement invisible. Jusqu’à présent, aucune molécule de cette substance n’a pu être détectée directement. Les scientifiques ne peuvent observer sa présence qu’à travers les effets gravitationnels qu’elle exerce sur la matière baryonique, c’est-à-dire la matière visible.

Cette forme de matière impalpable pourrait se manifester sous plus d’un aspect et émettre une lueur fantôme. Une hypothèse scientifique avance qu’une fraction de celle-ci existerait sous la forme de pépites de quarks axioniques (AQN). Ces objets ultra-denses, constitués de quarks, sont liés aux axions, des particules ultra-légères dont l’existence reste encore hypothétique à ce jour.

Sur le plan gravitationnel, ces pépites se comporteraient comme la matière noire froide, cette matière invisible et lente qui participe à la formation des galaxies. Contrairement à de nombreux autres candidats théoriques, les AQN pourraient laisser des traces observables sous forme de rayonnement électromagnétique à travers différentes longueurs d’onde lorsqu’elles entrent en interaction avec la matière ordinaire. Si certaines de ces pépites sont composées d’antimatière, ces rencontres déclencheraient des événements d’annihilation, convertissant la masse en éclats de lumière. Ce processus pourrait expliquer l’excès inexpliqué de rayonnement ultraviolet lointain dans la Voie lactée.

Une décennie de relevés astronomiques

Michael Sekatchev, astrophysicien à l’Université de Californie à Berkeley, a cherché à vérifier si ces pépites d’antimatière pouvaient être à l’origine de la lueur ultraviolette observée par les chercheurs, une fois toutes les sources connues déduites. Il y a environ une décennie, la mission Galaxy Evolution Explorer (GALEX) de la NASA a utilisé son instrument à ultraviolet lointain (FUV) pour cartographier le fond diffus FUV.

Ce fond diffus correspond à la faible lumière ultraviolette répartie dans le ciel, qui ne provient pas de sources individuelles facilement identifiables. Au sein de la Voie lactée, la majeure partie de cette lueur est censée provenir de la lumière des étoiles diffusée par la poussière interstellaire. Les astronomes ont pris le soin de prendre en compte la lumière combinée des centaines de milliards d’étoiles de notre galaxie dans leurs calculs.

Malgré ces précautions rigoureuses, un excédent de rayonnement ultraviolet lointain a été détecté. Des travaux ultérieurs ont démontré que cette émission lumineuse supplémentaire provient probablement de l’intérieur même de la Voie lactée. La répartition spécifique de cette lumière laissait entendre qu’elle n’émanait pas de n’importe quelle région aléatoire de la galaxie, orientant les chercheurs vers de nouvelles pistes d’analyse pour comprendre son origine.

Les pépites de quarks axioniques

L’équipe de chercheurs dirigée par Michael Sekatchev a détaillé ses hypothèses dans une étude récemment publiée au sein du Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Les scientifiques y expliquent les caractéristiques physiques nécessaires pour que ces objets théoriques puissent interagir avec notre environnement spatial.

« [Les AQN] ont une masse supérieure à quelques grammes et ont une taille submicrométrique », écrivent les chercheurs dans leur publication. « Ils aideraient également à expliquer l’asymétrie matière-antimatière et la similitude entre les composants visibles et sombres de l’univers [en permettant aux chercheurs de calculer] la signature électromagnétique FUV dans une [région] entourant le système solaire, résultant de l’interaction entre les AQN et les baryons. »

Cette modélisation théorique offre un nouveau cadre pour interpréter les signaux de l’univers profond. L’excès de lumière, jusqu’alors incompris, trouve une justification potentielle dans les interactions à l’échelle submicrométrique entre ces particules massives et la matière conventionnelle qui gravite autour de notre système solaire.

Des anomalies qui défient les observations classiques

Le phénomène s’est révélé encore plus complexe lorsque la luminosité mesurée par les observations de GALEX s’est alignée sur des observations antérieures réalisées par le satellite Dynamics Explorer. Également propulsé par la NASA, cet instrument se trouvait à une distance beaucoup plus grande de la Terre. Cet alignement des données signifiait que le rayonnement FUV excédentaire ne pouvait pas provenir de corps terrestres ou du système solaire.

L’anomalie s’accentue avec la découverte que ce rayonnement est réparti uniformément, à l’inverse de la lumière UV émise par les étoiles, qui manque habituellement d’une telle régularité. L’excès ne correspondait pas aux longitudes galactiques des étoiles de la Voie lactée émettant le plus de lumière UV, indiquant qu’il ne s’agissait pas d’une simple lumière stellaire non résolue. Les relevés du spectrographe UV Alice, embarqué sur la sonde New Horizons, ont conforté cette conclusion : si environ la moitié de l’intensité FUV mesurée a pu être attribuée à des sources UV connues, le reste est demeuré sans explication.

La répartition inhabituellement lisse de cette lueur FUV a conduit Michael Sekatchev à se demander si elle pouvait être générée par l’annihilation de la matière noire. Après avoir constaté que plusieurs modèles existants ne correspondaient pas aux données de GALEX, l’astrophysicien s’est tourné vers une étude spéculative antérieure. Celle-ci décrivait un objet d’antimatière noire composite et électriquement neutre, dont les constituants chargés pouvaient encore interagir avec la matière ordinaire. Si un tel objet existe, les rencontres avec la matière visible pourraient déclencher une annihilation et produire une partie de la lumière inexpliquée. Les pépites de quarks axioniques représentent un objet appartenant à une classe hypothétique qui correspond à cette description.

L’empreinte lumineuse confirmée par les simulations

Pour valider cette piste, Michael Sekatchev et son équipe ont élaboré des simulations informatiques. Ils ont cherché à déterminer la quantité de lumière FUV qui serait émise par les AQN si ceux-ci constituaient la distribution de matière noire déjà identifiée pour certaines zones précises de la Voie lactée.

Les résultats de ces modélisations correspondent aux découvertes de GALEX et de New Horizons, sur lesquelles ils avaient fondé leurs recherches. L’équipe a constaté que les photons ionisants produits par ces annihilations matière-antimatière pourraient clarifier d’autres énigmes astrophysiques de longue date. Le mystère entourant d’autres observations spatiales lointaines pourrait ainsi bénéficier de ces nouveaux paramètres d’analyse.

Michael Sekatchev a déclaré : « Les observations récentes du télescope spatial James Webb révèlent que les galaxies primitives et faibles sont des productrices prolifiques de photons ionisants ». Il précise son propos dans la foulée : « Que cela puisse être suffisant pour expliquer le résultat du JWST sans un changement significatif […] reste à démontrer. » Si la matière noire est par définition invisible, les travaux de l’équipe suggèrent que si elle a raison, cette matière n’est pas totalement silencieuse. Cette lueur fantôme pourrait bien se révéler être sa véritable carte de visite.

Selon la source : popularmechanics.com