Les théories de la physique au-delà du modèle standard permettent la production de bosons ultralégers – des particules hypothétiques dont la masse est inférieure à un milliardième de la masse d’un électron – qui pourraient constituer une partie ou la totalité de la matière noire. Si de telles particules subatomiques existent, elles pourraient apparaître autour des trous noirs en rotation en raison de fluctuations quantiques. Dans un article publié cette semaine sur le serveur de préimpression arXiv.org, des astrophysiciens de la collaboration scientifique LIGO, de la collaboration Virgo et de la collaboration KAGRA ont décrit la première recherche dans tout le ciel de signaux d’ondes gravitationnelles quasi-monochromatiques de longue durée émis par des nuages de bosons scalaires ultralégers autour de trous noirs en rotation, à l’aide des données de la troisième série d’observations des détecteurs LIGO avancés.
Une impression d’artiste d’un trou noir en rotation. Crédit image : Sci-News.com.
“Notre étude est la première enquête par satellite au monde conçue pour rechercher les ondes gravitationnelles prédites provenant d’éventuels nuages de bosons à proximité de trous noirs en rotation rapide “, a déclaré le Dr Lilli Sun, astrophysicienne au Centre d’excellence ARC pour la découverte des ondes gravitationnelles (OzGrav) de l’Université nationale australienne.
“Il est presque impossible de détecter ces particules de boson ultralégères sur Terre. Ces particules, si elles existent, ont une masse extrêmement faible et interagissent rarement avec d’autres matières – ce qui est l’une des propriétés clés que semble avoir la matière noire.”
“En recherchant les ondes gravitationnelles émises par ces nuages, nous pourrions être en mesure de traquer ces insaisissables particules de boson et peut-être de déchiffrer le code de la matière noire.”
“Nos recherches pourraient également permettre d’écarter certaines particules bosons ultralégères dont nos théories disent qu’elles pourraient exister mais qui en réalité n’existent pas.”
Les détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO ont permis aux chercheurs d’examiner l’énergie des trous noirs en rotation rapide extraits par de tels nuages s’ils existent.
“Nous pensons que ces trous noirs piègent un nombre énorme de particules de bosons dans leur puissant champ gravitationnel, créant ainsi un nuage qui les corrobore”, a déclaré le Dr Sun.
“Cette danse délicate se poursuit pendant des millions d’années et continue de générer des ondes gravitationnelles qui déferlent dans l’espace”.
Bien que l’équipe n’ait pas encore détecté d’ondes gravitationnelles provenant des nuages de bosons, la science des ondes gravitationnelles avait ” ouvert des portes qui étaient auparavant verrouillées aux scientifiques “.
“Les découvertes d’ondes gravitationnelles ne fournissent pas seulement des informations sur les mystérieux objets compacts de l’Univers, comme les trous noirs et les étoiles à neutrons, elles nous permettent également de rechercher de nouvelles particules et la matière noire”, a déclaré le Dr Sun.
“Les futurs détecteurs d’ondes gravitationnelles ouvriront certainement plus de possibilités. Nous serons en mesure de pénétrer plus profondément dans l’Univers et de découvrir d’autres informations sur ces particules.”
“Par exemple, la découverte de nuages de bosons à l’aide de détecteurs d’ondes gravitationnelles apporterait des informations importantes sur la matière noire et contribuerait à faire avancer d’autres recherches sur la matière noire. Elle ferait également progresser notre compréhension de la physique des particules de manière plus générale.”
Autre avancée significative, l’étude a également jeté un peu plus de lumière sur la probabilité que des nuages de bosons existent dans notre propre galaxie, la Voie lactée, en prenant en compte leur âge.
“La force de toute onde gravitationnelle dépend de l’âge du nuage, les plus anciens émettant des signaux plus faibles”, a déclaré le Dr Sun.
“Le nuage de bosons rétrécit car il perd de l’énergie en envoyant des ondes gravitationnelles”.
“Nous avons appris qu’un type particulier de nuage de bosons plus jeune que 1 000 ans n’est pas susceptible d’exister n’importe où dans notre Galaxie, tandis que les nuages qui ont jusqu’à 10 millions d’années ne sont pas susceptibles d’exister à environ 3 260 années-lumière de la Terre.”
