Il y a une étrange lueur au centre de notre galaxie, et ce n’est pas ce que nous pensions
Le centre de la Voie lactée brille. Oui, il y a là un grand trou noir, et c’est une région très énergétique, mais il y a une lueur supplémentaire de rayons gamma de haute énergie, au-delà de l’activité que nous connaissons, et c’est quelque chose qui reste à expliquer.
Cette lueur s’appelle l’excès de rayons gamma, GCE (Galactic Center GeV Excess), et les astronomes essaient de le comprendre depuis des années. Une explication très controversée est que la lueur pourrait théoriquement être produite par l’annihilation de la matière noire – mais les nouvelles recherches sont un clou dans le cercueil de cette idée.
Dans une série de modèles exhaustifs qui incluent des développements récents dans la simulation du bulbe galactique et d’autres sources d’émission de rayons gamma dans le centre galactique, une équipe d’astrophysiciens a exclu l’annihilation de la matière noire comme source de la lueur.
Cette découverte, selon l’équipe, donne à la matière noire moins de place pour se cacher, ce qui impose des contraintes plus fortes sur ses propriétés qui pourraient faciliter les recherches futures.
« Pendant environ 40 ans, le principal candidat à la matière noire parmi les physiciens des particules était une particule thermique, à faible interaction et à faible échelle », a déclaré l’astrophysicien Kevork Abazajian de l’université de Californie à Irvine (UCI).
« Ce résultat exclut pour la première fois ce candidat pour les particules de très haute masse. »
Le GCE a été remarqué pour la première fois il y a un peu plus de dix ans, lorsque le télescope spatial à rayons gamma Fermi a commencé à surveiller la région. Les rayons gamma sont les ondes électromagnétiques de plus haute énergie dans l’Univers, et ils sont produits par les objets les plus intenses, tels que les pulsars millisecondes, les étoiles à neutrons, les étoiles à neutrons en collision, les trous noirs et les supernovae.
Le problème était que, lorsque le moment est venu d’analyser les observations de Fermi, après avoir soustrait toutes les sources de rayons gamma connues, nous nous sommes retrouvés avec une lueur de rayons gamma au cœur de la Voie lactée qui ne pouvait pas être expliquée.
Dans l’espace, lorsque vous trouvez quelque chose qui ne peut être expliqué, il est logique d’essayer de le faire correspondre à d’autres choses qui ne peuvent être expliquées, comme la matière noire. C’est le nom que nous donnons à la masse invisible qui ajoute de la gravité à l’Univers.
Nous pouvons détecter la matière noire indirectement, parce que les choses bougent différemment de ce qu’elles devraient être si seules les choses visibles avaient un effet, mais nous ne savons pas ce qu’elles sont réellement.
Cependant, bien que nous ne puissions pas détecter la matière noire directement, il est possible qu’elle produise des radiations que nous pouvons voir.
Si des types de particules de matière noire appelées particules massives à faible interaction, ou WIMP, entraient en collision les unes avec les autres – comme c’est le cas dans les accélérateurs de particules – elles s’annihileraient les unes les autres, explosant en une pluie d’autres particules, y compris des photons de rayons gamma. De telles collisions ont été présentées comme un mécanisme potentiel produisant le GCE.
Plusieurs études n’ont cependant trouvé aucune preuve de collisions de WIMP, mais ce nouveau document est un pas en avant, selon les auteurs.
« Dans de nombreux modèles, cette particule a une masse de 10 à 1 000 fois celle d’un proton, les particules plus massives étant théoriquement moins attrayantes que les particules de matière noire », a déclaré l’astrophysicien Manoj Kaplinghat de l’UCI.
« Dans cet article, nous éliminons les candidats de la matière noire sur la gamme privilégiée, ce qui constitue une amélioration considérable des contraintes que nous imposons sur les possibilités qu’elles soient représentatives de la matière noire. »
En trois ans, l’équipe a rassemblé un large éventail de scénarios de modélisation des rayons gamma pour le centre galactique et son renflement – le groupe d’étoiles très serré qui se concentre autour du centre. Ils ont inclus toutes les sources sur lesquelles ils ont pu mettre la main – formation d’étoiles, bulles de Fermi, interactions des rayons cosmiques avec le gaz moléculaire, et étoiles à neutrons et pulsars milliseconde.
Ils ont découvert qu’une fois qu’ils avaient tout pris en compte, il restait très peu de place pour l’annihilation du WIMP. Entre toutes ces sources de rayons gamma, « il n’y a pas d’excès significatif dans le GC qui puisse être attribué à l’annihilation du DM », écrivent les chercheurs dans leur article.
Des recherches antérieures ont montré que la distribution des rayons gamma dans le centre galactique est également incompatible avec l’annihilation de la matière noire. Si les WIMP étaient responsables de cette situation, la distribution serait lisse – mais au lieu de cela, les photons des rayons gamma sont distribués en amas comme on s’attendrait à en trouver à partir de sources ponctuelles, comme les étoiles.
La distribution des étoiles dans le renflement, selon les nouvelles recherches, est également incompatible avec la présence de matière noire supplémentaire.
Cela ne veut pas dire que la matière noire de notre centre galactique ne pourrait pas être d’un type hypothétique, massif et faiblement interactif. L’équipe vient de statuer sur celles d’une masse couramment recherchée, et même sur certaines. L’équipe note que leurs conclusions favorisent encore fortement une origine astrophysique pour le CGE.
« Notre étude limite le type de particule que pourrait être la matière noire », a déclaré M. Kaplinghat. « Les multiples sources de preuves de la présence de matière noire dans la galaxie sont solides et non affectées par notre travail. »
Ce qui veut dire que nous allons devoir sortir des sentiers battus pour la trouver.
Les recherches ont été publiées dans la revue Physical Review D.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
