Des données récentes du télescope spatial Hubble suggèrent que la matière noire, un matériau abondant mais toujours insaisissable soupçonné de peupler notre univers, pourrait en fait être composée de ce que les physiciens appelaient des photons noirs.
Bien que de nature purement théorique, les photons noirs pourraient expliquer la matière manquante qui contribue à un univers en constante expansion tout en expliquant simultanément l’écart entre les simulations de l’univers et les informations recueillies par Hubble. Si elle s’avère vraie, la nouvelle théorie pourrait enfin répondre à un mystère qui bloque les physiciens et les cosmologistes depuis des décennies.
Hubble Data dit que Cosmic Web est trop chaud
Dans la vaste gamme d’espace vide entre les galaxies se trouve un réseau de filaments que les cosmologistes appellent la toile cosmique. Les physiciens croient que cette «matière noire» dicte la structure de l’univers à la plus grande des échelles.
Un instrument du télescope spatial Hubble connu sous le nom de Spectrographe d’origine cosmique (COS) a pu mesurer la température de cette toile cosmique avec une précision surprenante. Cependant, ces mesures du monde réel ne correspondent pas à la température prédite faite dans les simulations informatiques de l’origine de l’univers. Les lectures réelles sont nettement plus chaudes, ce qui a conduit les chercheurs à tenter de déterminer la cause de cet écart.
Aujourd’hui, une équipe de recherche du École internationale d’études avancées (SISSA), travaillant en collaboration avec des chercheurs des universités de Tel Aviv, Nottingham et New York, a postulé qu’une particule théorique connue sous le nom de photon noir pourrait détenir la réponse.
Les photons noirs théoriques pourraient enfin expliquer la matière noire
“Habituellement, les filaments cosmiques ont été utilisés pour sonder les propriétés à petite échelle de la matière noire, alors que dans ce cas, nous avons utilisé pour la première fois les données du milieu intergalactique à faible décalage vers le rouge comme calorimètre, pour vérifier si tous les processus de chauffage que nous connaissons suffisent pour reproduire les données », explique Matteo Viel de SISSA. “Nous avons constaté que ce n’est pas le cas : il manque quelque chose que nous modélisons comme une contribution produite par le photon noir.”
Publié dans la revue Lettres d’examen physiquela nouvelle théorie dit que les photons noirs peuvent être laissés par le big bang, et leur chaleur rayonnée pourrait expliquer la différence entre les températures simulées de la toile cosmique et les mesures prises par le COS de Hubble.
“Les photons noirs sont de nouvelles particules hypothétiques qui sont les vecteurs de force d’une nouvelle force dans le secteur sombre, un peu comme le photon est le vecteur de force de l’électromagnétisme”, écrivent les auteurs. « Contrairement au photon, cependant, ils peuvent avoir une masse. En particulier, le photon noir ultra-léger – avec une masse aussi petite que vingt ordres de grandeur inférieure à celle de l’électron – est un bon candidat pour la matière noire.
Les chercheurs expliquent que ces photons noirs théoriques devraient se mélanger à divers types de neutrinos, un processus qui permettrait à cette matière noire de photons noirs “ultra-légers” d’être convertie en quelque chose appelé photons à basse fréquence. Ces nouveaux photons à basse fréquence réchaufferaient à leur tour la toile cosmique, ce qui expliquerait l’écart de température. Et le communiqué de presse annonçant la théorie note que “contrairement à d’autres mécanismes de chauffage, basés sur des processus astrophysiques, tels que la formation d’étoiles et les vents galactiques, ce processus de chauffage est plus diffus et efficace également dans les régions qui ne sont pas très denses”.
Plus de travail nécessaire pour confirmer la théorie du photon noir
Les chercheurs impliqués notent que leur théorie n’est qu’une des nombreuses théories tentant d’expliquer la nature de la matière noire. Cependant, l’aspect le plus excitant de leur travail est de savoir dans quelle mesure l’énergie prédite par le photon noir correspond aux données expérimentales de Hubble.
L’équipe s’attend à ce que les futures données expérimentales confirment ou infirment leur théorie, bien qu’ils notent que “puisque les photons noirs seraient capables de se convertir en photons à basse fréquence et de chauffer les structures cosmiques, ils pourraient bien expliquer les informations expérimentales”.
Christopher Plain est romancier, comédien et rédacteur scientifique en chef chez The Debrief. Suivez-le et connectez-vous avec lui sur Twitter @plain_fictionet découvrez ses livres sur plainfiction.com. Ou écrivez-lui directement à christopher@thedebrief.org.