La matière noire, la substance mystérieuse qui constitue environ un quart de l’Univers, pourrait avoir son origine avant le Big Bang, selon un nouvel article publié dans le Physical Review Letters.
Cette impression d’artiste montre l’évolution de l’Univers en commençant par le Big Bang à gauche, suivi par l’apparition du fond diffus cosmologique. La formation des premières étoiles met fin à l’âge sombre cosmique, suivie de la formation des galaxies. Crédit image : M. Weiss / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
“Nous avons révélé une nouvelle connexion entre la physique des particules et l’astronomie”, a déclaré l’auteur de l’étude, le Dr Tommi Tenkanen, chercheur postdoctoral à l’Université Johns Hopkins.
“Si la matière noire est constituée de nouvelles particules nées avant le Big Bang, elles affectent la façon dont les galaxies sont distribuées dans le ciel d’une manière unique. Cette connexion peut être utilisée pour révéler leur identité et tirer des conclusions sur les périodes précédant le Big Bang également.”
Bien que l’on ne sache pas grand-chose sur ses origines, les scientifiques ont montré que la matière noire joue un rôle crucial dans la formation des galaxies et des amas de galaxies.
Pendant longtemps, ils ont cru qu’il s’agissait d’un résidu du Big Bang.
“Si la matière noire était vraiment un vestige du Big Bang, alors dans de nombreux cas, les chercheurs auraient déjà dû voir un signal direct de matière noire dans différentes expériences de physique des particules”, a déclaré le Dr Tenkanen.
À l’aide d’un nouveau cadre mathématique simple, il montre que la matière noire pourrait avoir été produite à une époque connue sous le nom d’inflation cosmique, lorsque l’espace était en expansion très rapide.
L’expansion rapide est censée conduire à une production abondante de certains types de particules appelées scalaires.
Jusqu’à présent, une seule particule scalaire a été découverte, le fameux boson de Higgs.
“Nous ne savons pas ce qu’est la matière noire, mais si elle a un rapport avec les particules scalaires, elle pourrait être plus ancienne que le Big Bang”, a expliqué le Dr Tenkanen.
“Avec le scénario mathématique proposé, nous n’avons pas à supposer de nouveaux types d’interactions entre la matière visible et la matière noire au-delà de la gravité, dont nous savons déjà qu’elle existe.”
Bien que l’idée que la matière noire existait avant le Big Bang ne soit pas nouvelle, d’autres physiciens théoriques n’ont pas été en mesure de proposer des calculs qui soutiennent cette idée.
“Cette nouvelle étude montre que les chercheurs ont toujours négligé le scénario mathématique le plus simple possible pour les origines de la matière noire”, a déclaré le Dr Tenkanen.
“L’étude suggère également un moyen de tester l’origine de la matière noire en observant les signatures que celle-ci laisse sur la distribution de la matière dans l’Univers.”
“Bien que ce type de matière noire soit trop insaisissable pour être trouvé dans les expériences sur les particules, il peut révéler sa présence dans les observations astronomiques.”
