Les physiciens pensent que la majeure partie de la matière dans l’univers est constituée de matière invisible que nous ne connaissons que par ses effets indirects sur les étoiles et les galaxies que nous pouvons voir.

Nous ne sommes pas fous ! Sans cette « matière noire », l’univers tel que nous le voyons n’aurait aucun sens.

Mais la nature de la matière noire est un ancien mystère. mais, Nouvelle étude Écrit par Alfred Amroth de l’Université de Hong Kong et ses collègues, publié dans astronomie naturelleutilise la flexion gravitationnelle de la lumière pour nous rapprocher un peu plus de la compréhension.

Invisible mais omniprésent

La raison pour laquelle nous pensons que la matière noire existe est parce que nous pouvons voir ses effets gravitationnels sur le comportement des galaxies. Plus précisément, la matière noire semble représenter environ 85 % de la masse de l’univers, et la plupart des galaxies lointaines que nous pouvons voir semblent être entourées d’un halo de matière mystérieuse.

Mais on l’appelle matière noire car elle n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit la lumière, ce qui la rend très difficile à détecter.

Alors, quelles sont ces choses? Nous pensons que ce doit être une sorte de particule fondamentale inconnue, mais nous n’en sommes pas encore sûrs. Toutes les tentatives de détection de particules de matière noire dans des expériences en laboratoire ont jusqu’à présent échoué et les physiciens débattent de leur nature depuis des décennies.

Les scientifiques ont proposé deux principaux candidats hypothétiques pour la matière noire : des caractères relativement lourds appelés particules massives à faible interaction (ou WIMP) et des particules extrêmement légères appelées axions. En théorie, les WIMP se comportent comme des particules discrètes, tandis que les axions se comportent beaucoup comme des ondes en raison des interférences quantiques.

Il était difficile de faire la distinction entre ces deux possibilités – mais un léger détour autour de galaxies lointaines a fourni un indice.

Lentille gravitationnelle et anneaux d’Einstein

Lorsque la lumière traverse l’univers par un objet massif tel qu’une galaxie, sa trajectoire est courbée car – selon la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein – la gravité de l’objet massif déforme l’espace et le temps qui l’entourent.

En conséquence, parfois, lorsque nous regardons une galaxie lointaine, nous pouvons voir des images déformées d’autres galaxies derrière elle. Et si les choses s’alignent parfaitement, la lumière de la galaxie d’arrière-plan tournera autour de la galaxie la plus proche.

Cette distorsion de la lumière est appelée « lentille gravitationnelle » et les cercles qu’elle peut créer sont appelés « boucles d’Einstein ».

En étudiant la distorsion des anneaux ou d’autres images lenticulaires, les astronomes peuvent en apprendre davantage sur les propriétés du halo de matière noire entourant la galaxie la plus proche.

Axions contre WIMP

Et c’est exactement ce qu’Amroth et son équipe ont fait dans leur nouvelle étude. Ils ont examiné plusieurs systèmes où plusieurs copies du même objet étaient visibles en arrière-plan autour de la galaxie lentille de premier plan, avec un accent particulier sur un système appelé HS 0810+2554.

À l’aide d’une modélisation détaillée, ils ont déterminé comment les images se déformeraient si la matière noire était constituée de WIMP par rapport à ce qu’elles seraient si la matière noire était constituée d’axions. Le modèle WIMP ne ressemblait pas beaucoup à la réalité, mais le modèle axion reproduisait avec précision toutes les fonctionnalités du système.

La découverte indique que les axions sont un candidat plus probable pour la matière noire, et leur capacité à expliquer les anomalies de lentille et d’autres observations astrophysiques irrite les scientifiques.

particules et galaxies

La nouvelle recherche s’appuie sur des études antérieures qui indiquaient également que les axions sont la forme la plus probable de matière noire. Par exemple, une étude ont examiné les effets de la matière noire axionique sur le fond cosmique des micro-ondes, tandis que dernier Examen du comportement de la matière noire dans les galaxies naines.

Bien que ces recherches ne mettent pas fin au débat scientifique sur la nature de la matière noire, elles ouvrent de nouvelles voies de test et d’expérimentation. Par exemple, les futures observations de lentilles gravitationnelles pourraient être utilisées pour sonder la nature ondulatoire des axones et éventuellement mesurer leur masse.

Une meilleure compréhension de la matière noire aura des implications sur ce que nous savons de la physique des particules et de l’univers primitif. Cela peut également nous aider à mieux comprendre comment les galaxies se forment et changent avec le temps.