Une nouvelle recherche de l’Université de Toronto suggère que le soi-disant problème d’agglutination, qui se concentre sur la distribution uniforme inattendue de la matière à grande échelle dans l’Univers, peut être un signe que la matière noire est composée de particules hypothétiques ultra-légères appelées axions. .
En façonnant l’Univers, la gravité construit une vaste structure semblable à une toile d’araignée de filaments reliant les galaxies et les amas de galaxies le long de ponts invisibles longs de centaines de millions d’années-lumière. C’est ce qu’on appelle la toile cosmique. Crédit image : Springel et al. / Institut Max Planck d’astrophysique.
“Si cela est confirmé par de futures observations de télescopes et des expériences de laboratoire, la découverte de la matière noire axionique serait l’une des découvertes les plus importantes de ce siècle”, a déclaré le Dr Keir Rogers, astrophysicien au Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics de l’Université de Toronto.
“Dans le même temps, nos résultats suggèrent une explication de la raison pour laquelle l’Univers est moins touffu que nous le pensions, une observation qui est devenue de plus en plus claire au cours de la dernière décennie environ, et laisse actuellement notre théorie de l’Univers incertaine.”
Une théorie de premier plan propose que la matière noire soit constituée d’axions, décrits en mécanique quantique comme flous en raison de leur comportement ondulatoire.
Contrairement aux particules ponctuelles discrètes, les axions peuvent avoir des longueurs d’onde plus grandes que des galaxies entières.
Ce flou influence la formation et la distribution de la matière noire, expliquant potentiellement pourquoi l’Univers est moins aggloméré que prévu dans l’Univers sans axions.
Ce manque d’agglutination a été observé dans les grandes enquêtes sur les galaxies, remettant en question l’autre théorie dominante selon laquelle la matière noire se compose uniquement de particules subatomiques lourdes et à faible interaction appelées WIMP.
Malgré des expériences comme le Large Hadron Collider, aucune preuve à l’appui de l’existence de WIMP n’a été trouvée.
« En science, c’est lorsque les idées échouent que de nouvelles découvertes sont faites et que des problèmes séculaires sont résolus », a déclaré le Dr Rogers.
Pour l’étude, le Dr Rogers et ses collègues ont analysé les observations de la lumière relique du Big Bang, connue sous le nom de fond cosmique de micro-ondes (CMB), obtenues à partir des enquêtes Planck 2018, Atacama Cosmology Telescope et South Pole Telescope.
Ils ont comparé ces données CMB avec les données de regroupement de galaxies du Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), qui cartographie les positions d’environ un million de galaxies dans l’Univers voisin.
En étudiant la distribution des galaxies, qui reflète le comportement de la matière noire sous l’effet des forces gravitationnelles, ils ont mesuré les fluctuations de la quantité de matière dans l’Univers et confirmé sa réduction de l’agglutination par rapport aux prédictions.
Les chercheurs ont ensuite effectué des simulations informatiques pour prédire l’apparition de la lumière relique et la distribution des galaxies dans l’Univers avec de longues ondes de matière noire.
Ces calculs sont alignés sur les données CMB du Big Bang et les données de regroupement des galaxies, soutenant la notion que les axions flous pourraient expliquer le problème d’agglutination.
Les recherches futures impliqueront des enquêtes à grande échelle pour cartographier des millions de galaxies et fournir des mesures précises de l’agglutination, y compris des observations au cours de la prochaine décennie avec l’observatoire Rubin.
Les scientifiques espèrent comparer leur théorie aux observations directes de la matière noire par lentille gravitationnelle, un effet où l’agglutination de la matière noire est mesurée par la mesure dans laquelle elle dévie la lumière des galaxies lointaines, semblable à une loupe géante.
Ils prévoient également d’étudier comment les galaxies expulsent du gaz dans l’espace et comment cela affecte la distribution de la matière noire pour confirmer davantage leurs résultats.
Comprendre la nature de la matière noire est l’une des questions fondamentales les plus pressantes et la clé pour comprendre l’origine et l’avenir de l’Univers.
Actuellement, les scientifiques n’ont pas une seule théorie qui explique simultanément la gravité et la mécanique quantique – une théorie de tout.
La théorie la plus populaire de tout au cours des dernières décennies est la théorie des cordes, qui pose un autre niveau en dessous du niveau quantique, où tout est fait d’excitations d’énergie en forme de cordes.
Selon les auteurs de l’étude, la détection d’une particule d’axion floue pourrait être un indice que la théorie des cordes de tout est correcte.
“Nous avons maintenant les outils qui pourraient nous permettre de comprendre enfin expérimentalement quelque chose sur le mystère centenaire de la matière noire, même au cours de la prochaine décennie – et cela pourrait nous donner des indices de réponses à des questions théoriques encore plus importantes”, a déclaré le Dr. dit Rogers.
“L’espoir est que les éléments déroutants de l’Univers peuvent être résolus.”
L’étude paraît dans le Journal de cosmologie et de physique des astroparticules.
