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Les scientifiques utilisent la Voie lactée pour chasser la matière noire

Les scientifiques étudiant un mystérieux signal provenant de galaxies lointaines n'ont pas trouvé de matière noire comme ils l'espéraient. Mais la nouvelle technique inventive qu'ils ont utilisée pour détecter ce signal étrange, qui utilise notre propre galaxie pour chasser la matière noire, pourrait élever la chasse au matériau insaisissable.

Depuis des décennies, les scientifiques recherchent la matière noire, un matériau invisible qui n'interagit pas avec la lumière mais qui imprègne tout notre univers. Et un signal provenant d'une galaxie voisine repéré dans une étude de 2014 a donné aux scientifiques l'espoir que c'était la preuve longtemps recherchée de la matière noire.

Certains modèles actuels prédisent que les particules de matière noire se décomposent lentement en matière ordinaire, un processus qui produirait de faibles émissions de photons que les télescopes à rayons X pourraient détecter. Et en 2014, les scientifiques ont repéré une émission de rayons X d'une galaxie lors d'une chasse à la matière noire, car il est connu que la matière noire s'accumule autour des galaxies.

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Les chercheurs pensent que l'émission, connue sous le nom de "ligne de 3,5 keV" (keV signifie kilo-électronvolts), est probablement constituée de neutrinos stériles, qui ont longtemps été considérés comme un candidat pour la matière noire, co-auteur de l'étude Chris Dessert, de l'Université du Michigan, a déclaré Space.com.

Les neutrinos stériles sont des particules hypothétiques qui sont un proche parent du neutrino, une particule subatomique neutre avec une masse très proche de zéro. Ils sont libérés dans des réactions nucléaires comme celles des centrales nucléaires sur Terre et au soleil. Parce que la petite quantité de masse dans les neutrinos ne peut pas être expliquée par le modèle standard de la physique des particules, certains pensent que les neutrinos stériles pourraient constituer cette masse mystérieuse qui est en fait de la matière noire.

Mais dans cette nouvelle étude d'objets dans la Voie lactée, qui a analysé une montagne de données brutes au cours des 20 dernières années à partir du télescope à rayons X spatial XMM-Newton, les chercheurs ont trouvé des preuves que ce signal vu dans l'étude de 2014 ne venait pas de la matière noire. En fait, en cherchant de la matière noire avec leur nouvelle technique, ils n'ont pas du tout vu le signal. Cependant, cela n'exclut pas les neutrinos stériles en tant que candidat fort pour la matière noire, ont déclaré les chercheurs.

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont recherché la ligne de 3,5 keV dans le ciel. Puisque nous vivons dans le halo de matière noire de la Voie lactée, toute observation faite à travers le halo doit contenir de la matière noire.

Ainsi, lorsque l'équipe n'a trouvé aucune trace d'une ligne de 3,5 keV dans les données, elle a déterminé que "la ligne de 3,5 keV n'était pas due à la matière noire", a déclaré Dessert.

Maintenant, alors que la signature de 3,5 keV est probablement causée par des neutrinos stériles, cela pourrait sembler exclure la particule hypothétique comme candidate à la matière noire. Mais il est toujours possible que des neutrinos de masse stériles différents, qui n'émettraient pas le même signal, pourraient expliquer le matériau insaisissable.

"Même si vous trouvez cette preuve convaincante, que cette ligne de 3,5 keV n'est pas nécessairement là ou n'est pas nécessairement de la matière noire, cela n'exclut pas les neutrinos stériles en tant que candidats à la matière noire", Kerstin Perez, professeur adjoint de physique au Massachusetts Institute of Technology qui n'était pas impliqué dans cette étude, a déclaré Space.com. Il existe «encore beaucoup de masses différentes que les neutrinos stériles pourraient avoir et qui pourraient encore constituer tout ou partie de la matière noire dans l'univers».

Nouvelles techniques de chasse à la matière noire

Alors que Dessert a admis qu'il était assez décevant que les chercheurs n'aient pas observé une ligne de 3,5 keV, la technique qu'ils ont développée pourrait favoriser la recherche du matériau insaisissable.

"Bien que ce travail jette malheureusement de l'eau froide sur ce qui ressemblait à ce qui aurait pu être la première preuve de la nature microscopique de la matière noire, il ouvre une toute nouvelle approche de la recherche de matière noire, ce qui pourrait conduire à une découverte dans un avenir proche ", a déclaré le co-auteur Ben Safdi, professeur adjoint de physique à l'Université du Michigan, dans un communiqué.

"Dans le passé, les gens ont dit: 'Eh bien, regardons une partie du ciel qui contient une énorme quantité de matière noire et voyons si nous y voyons (matière noire)", https://www.space .com / ", a déclaré Perez.

Mais, avec la technique de cette équipe, qui est similaire à une technique que Perez utilise dans son propre travail, ils utilisent notre place dans l'univers à leur avantage parce que, "si ce signal est vraiment de la matière noire, il devrait être partout dans le ciel avec certains intensité variable parce que nous vivons dans le halo de matière noire. "

"Je pense que c'est une façon vraiment excitante de penser à ces recherches car cela vous permet d'utiliser essentiellement le plein ciel", a ajouté Perez. "Auparavant, nous étions en quelque sorte en train de prendre des instantanés du ciel et de les regarder séparément."

Bien que la recherche à travers le halo sombre de la Voie lactée pour cette signature ait aidé l'équipe à déterminer que le signal ne provenait pas de la matière noire, cela a eu des avantages supplémentaires. "En regardant à travers le halo de matière noire dans la Voie lactée, vous ne perdez en fait aucune sensibilité", a déclaré Dessert.

"Les techniques précédentes consistent essentiellement à diriger votre télescope à rayons X vers un amas de galaxies ou tout simplement une galaxie qui a un halo de matière noire, et vous recherchez le signal de désintégration de la matière noire qui va apparaître sous forme de ligne", Dessert a continué. Il a ajouté qu'avec leur technique dans laquelle ils regardent à travers le halo de matière noire de notre galaxie, ils sont capables d'obtenir de meilleurs résultats dans leur recherche.

"Le halo de matière noire autour de notre galaxie est beaucoup plus proche de nous, et cela signifie que vous êtes plus susceptible d'obtenir les photons résultant de la décomposition de la matière noire dans notre galaxie que vous si vous regardez un amas loin."

Dessert a ajouté: "Cette technique que nous avons développée peut être utilisée dans d'autres recherches, par exemple pour cette ligne de 3,5 keV."

Ce travail a été publié aujourd'hui (26 mars) dans la revue Science.

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