Théorisés pour la première fois dans les années 1970, les axions sont des particules hypothétiques qui ont été proposées pour préserver une symétrie temporelle inverse de la force nucléaire. Ces particules pourraient constituer la matière noire et être produites thermiquement à l’intérieur des noyaux des étoiles à neutrons, s’échapper des étoiles en raison de leurs faibles interactions avec la matière, puis se convertir en rayons X dans les champs magnétiques entourant les étoiles. Dans un article paru dans la revue Physical Review Lettersdes astrophysiciens montrent qu’un excès récemment découvert de rayons X durs provenant d’un groupe voisin d’étoiles à neutrons isolées, connu sous le nom de Magnificent Seven, pourrait être expliqué par ce mécanisme d’émission.
Les Sept Magnifiques sont un groupe d’étoiles à neutrons isolées et peu lumineuses aux rayons X, situées à une distance de 400 à 2 160 années-lumière de la Terre.
Ces étoiles possèdent de puissants champs magnétiques, et on s’attendait à ce qu’elles ne produisent que des rayons X de faible énergie et de la lumière UV.
Elles sont connues pour être très “ennuyeuses”, et dans ce cas, c’est une bonne chose”, a déclaré Benjamin Safdi, physicien théoricien au Lawrence Berkeley National Laboratory du ministère américain de l’énergie.
Si les axions existent, ils devraient se comporter comme les neutrinos dans une étoile, car ils auraient tous deux une masse très faible et n’interagiraient que très rarement et faiblement avec d’autres matières. Ils pourraient être produits en abondance à l’intérieur des étoiles.
Des particules non chargées appelées neutrons se déplacent à l’intérieur des étoiles à neutrons, interagissant occasionnellement en se diffusant les unes les autres et en libérant un neutrino ou éventuellement un axion. Le processus d’émission de neutrinos est le principal moyen de refroidissement des étoiles à neutrons au fil du temps.
Comme les neutrinos, les axions seraient capables de voyager à l’extérieur de l’étoile. Le champ magnétique incroyablement puissant qui entoure les sept étoiles magnifiques pourrait transformer les axions sortants en lumière.
“L’axion a été proposé pour la première fois à la fin des années 1970 pour résoudre un problème appelé le problème CP fort, qui signifie que les distributions de charges électriques négatives et positives à l’intérieur du neutron sont centrées autour du même point”, a déclaré Christopher Dessert, un étudiant diplômé de l’Université du Michigan.
“Au cours de la décennie suivante, on a découvert que si l’axion existait, il pourrait aussi être de la matière noire”.
En 2019, les astrophysiciens ont observé une augmentation mystérieuse et inexplicable des rayons X émis par les Sept Magnifiques.
Safdi, Dessert et leurs collègues proposent que ces rayons X supplémentaires soient causés par la production d’axions dans le cœur des étoiles à neutrons.
Si l’excès de rayons X est généré par un ou plusieurs objets qui se cachent derrière les étoiles à neutrons, il serait probablement apparu dans les ensembles de données de deux satellites spatiaux que les chercheurs utilisent : XMM-Newton de l’ESA et les télescopes à rayons X Chandra de la NASA.
“Il est encore tout à fait possible qu’une nouvelle explication, non axionique, apparaisse pour expliquer l’excès de rayons X observé, bien que nous gardions l’espoir qu’une telle explication se situe en dehors du modèle standard de la physique des particules, et que de nouvelles expériences terrestres et spatiales confirment l’origine du signal des rayons X de haute énergie”, a déclaré le Dr Safdi.
“Nous sommes assez sûrs que cet excès existe, et très sûrs qu’il y a quelque chose de nouveau parmi cet excès”.
“Si nous étions sûrs à 100% que ce que nous voyons est une nouvelle particule, ce serait énorme. Ce serait révolutionnaire en physique.”
“Même si la découverte s’avère ne pas être associée à une nouvelle particule ou à la matière noire. Cela nous en dirait tellement plus sur notre Univers, et il y aurait beaucoup à apprendre.”
“Nous ne prétendons pas avoir fait la découverte de l’axion pour l’instant, mais nous disons que les photons de rayons X supplémentaires peuvent être expliqués par les axions”, a déclaré Raymond Co, chercheur postdoctoral à l’Université du Minnesota.
“C’est une découverte passionnante de l’excès de photons de rayons X, et c’est une possibilité passionnante qui est déjà cohérente avec notre interprétation des axions.”