L'équipe du télescope spatial Fermi a trouvé des galaxies sombres dans le ciel sans étoiles, mais de la matière noire qui couvait. Les découvreurs ne croient pas encore à la découverte et il est impossible de vérifier indépendamment leurs résultats - les scientifiques ne révèlent pas où se trouvent les candidats
En plus du grand conflit de deux cultures - «physiciens et paroliers», mis en circulation par le Britannique Charles Snow il y a exactement 50 ans, il y a eu pendant des siècles un petit conflit concernant exclusivement les «physiciens». C'est un choc entre la théorie et l'expérience, dans lequel les premiers jouent généralement le rôle de libéraux téméraires et les seconds de conservateurs responsables.
Au cours des deux dernières années en astrophysique, ce conflit ne s'est manifesté nulle part aussi clairement que dans l'histoire des particules de matière noire, dont la transformation en substance à laquelle nous sommes habitués, voient certains scientifiques, tandis que d'autres non. Les deux croyances sont basées sur les mêmes données.
Paparazzi et PAMELA
Désintégration et annihilation La
désintégration est appelée désintégration spontanée des particules, comme la désintégration d'un noyau d'uranium ou d'un neutron qui quitte n'importe quel noyau atomique. L'anéantissement est la destruction mutuelle des particules lorsqu'elles se rencontrent, par exemple, l'annihilation d'un électron et d'un positron, et, en général, de la matière et de l'antimatière.
Le taux de désintégration dépend uniquement du nombre de particules instables, et le signal d'annihilation détermine la fréquence des collisions de particules les unes avec les autres. Par conséquent, le taux de décroissance est proportionnel à la densité et le taux d'annihilation est proportionnel au carré de cette quantité. C'est ainsi que les astronomes espèrent distinguer l'annihilation de la décomposition des données d'observation.
La plus grande tension de passion a atteint mi-2008, lorsque l'expérience scientifique internationale PAMELA à bord du satellite russe Resurs-DK a découvert un excès de positrons de haute énergie à proximité du Soleil. Ils auraient très bien pu naître lors de la désintégration spontanée ou de l'annihilation mutuelle de particules exotiques, censées former de la matière noire.
Bien sûr, d'autres explications sont possibles, mais la perspective de "voir" de la matière invisible était si attrayante que pour obtenir des données PAMELA inédites, dont des rumeurs circulaient dans l'environnement astrophysique, de nombreux jeunes théoriciens ont tout fait. Certains ont même photographié des graphiques PAMELA non publiés sur des téléphones portables lors des rapports des participants au projet lors de conférences et, sur la base de ces données, ils ont rédigé des articles théoriques. De telles âmes courageuses, violant les règles éthiques non écrites de la communauté scientifique, ont même été surnommées «paparazzi scientifiques».
En conséquence, les données PAMELA ont néanmoins été officiellement publiées, mais elles n'ont toujours pas d'interprétation sans ambiguïté. Quelqu'un pense que ce sont des traces de particules sombres, quelqu'un blâme les étoiles à neutrons à proximité du Soleil pour leur apparition, quelqu'un pense généralement qu'il s'agit d'erreurs systématiques inexpliquées dans le fonctionnement de l'équipement PAMELA.
Brouillard, brouillard
Beaucoup espéraient que la situation serait clarifiée par le lancement de l'observatoire spatial Fermi, qui détecte les photons de très hautes énergies. Ils peuvent très bien être produits par l'interaction de la lumière ordinaire avec des particules chargées à haute énergie (c'est ce qu'on appelle la rétrodiffusion Compton). Et c'est ainsi que les scientifiques espéraient clarifier la situation avec les données PAMELA.
WMAP Haze WMAP a
trouvé un excès de rayonnement micro-ondes du centre galactique - le soi-disant "brouillard WMAP", qui reste dans les données après en avoir soustrait toutes les sources micro-ondes connues. L'une des explications les plus probables en est le rayonnement synchrotron des électrons énergétiques s'enroulant sur la ligne d'induction des champs magnétiques interstellaires. Exactement sur les mêmes électrons, à l'aide de l'effet Compton inverse, des photons de haute énergie peuvent être produits, ce que Fermi est capable de voir.
Si les particules de matière noire deviennent vraiment la source de positrons et d'électrons énergétiques, elles devraient alors naître plus souvent exactement là où il y a plus de matière noire. Selon les concepts modernes, de tels endroits sont considérés comme les centres des galaxies. Les astronomes avaient donc hâte de voir Fermi se diriger vers le cœur de notre propre Voie lactée. De plus, les astronomes ont reçu ici il y a plusieurs années un indice d'un grand nombre d'électrons de la part du vaisseau spatial WMAP.
Vidéo promotionelle:
Fermi est entré en orbite en juin 2008 et a commencé à collecter des données scientifiques quelques mois plus tard. Selon les règles du groupe, les données du télescope n'apparaissent dans l'espace public qu'un an après leur réception - afin de permettre à «leurs» théoriciens de leur écumer la principale crème scientifique. L'année s'achève au début de l'automne, mais un groupe de théoriciens n'a pas attendu et a presque répété l'histoire avec les «paparazzi scientifiques». Selon un article paru en juillet, Fermi constate un excès de rayonnement vers le centre galactique. De plus, une analyse préliminaire a montré que ce rayonnement peut être généré sur exactement les mêmes particules que celles captées par le projet PAMELA.
Quand les données de Fermi ont néanmoins été publiées, les scientifiques ont répété leur analyse et ont déclaré avec plus de confiance: en plus du "brouillard WMAP", il y a aussi un "brouillard de Fermi", dans lequel la théorie de la désintégration ou de l'annihilation de la matière noire s'inscrit bien. Ce travail, dirigé par Gregory Dobler du Harvard Center for Astrophysics, n'a plus honte de se référer même à des scientifiques sérieux, même si ses résultats ne sont pas trop différents des conclusions des travaux antérieurs du même groupe.
Monsieur Non
Il y a cependant une mise en garde importante. Même s'il existe un grand nombre d'électrons et de positrons de haute énergie dans la région du centre galactique (et il y a de moins en moins de doutes à ce sujet), alors leur origine à partir de particules de matière noire doit encore être prouvée. En principe, ils peuvent avoir d'autres sources - par exemple, des ondes de choc provenant d'explosions de supernova ou toutes les mêmes étoiles à neutrons qui restent sur le site de telles explosions. Le centre de la galaxie devrait être rempli des deux - simplement parce qu'il y a tellement d'étoiles, dont certaines explosent tôt ou tard. Et même si les modèles alternatifs devraient être assez «tirés par les cheveux», pour beaucoup, cela reste une explication plus acceptable qu'une sorte de matière noire.
"Dobler et compagnie ont marché sur de la glace mince", a averti Elliot Bloom, l'un des rares théoriciens purs de l'équipe expérimentale de Fermi, après la publication de leur article. Dans son cœur, cette personne doit probablement lutter contre elle-même - un théoricien qui a consacré la moitié de sa vie à la perspective d'une explication indirecte de la nature de la matière noire, il est récemment devenu «M. Non» de la collaboration Fermi. C'est lui qui doit le plus souvent commenter des œuvres comme l'article de Dobler et convaincre collègues et journalistes que les conclusions des «parvenus» sont au moins prématurées.
Ironiquement, c'est le travail de Bloom (fichier pdf), présenté au nom de la collaboration sous forme d'affiche au colloque Fermi 2009 à Washington, qu'un autre épisode de l'histoire de la détection observationnelle de la matière noire peut commencer. Les résultats de ce travail ont attiré l'attention sur un foyer bien connu de rumeurs physiques - le blog Resonaances, qui est maintenu par le physicien polonais Adam Falkowski de l'Université américaine Rutgers.
Galaxies sombres
Le problème de la sous-structure L'
écart entre la théorie prédite et le nombre réel de satellites nains dans la Voie lactée et dans d'autres galaxies est appelé le problème de la sous-structure. Sa solution standard est qu'il y a des galaxies naines autour de nous, mais les étoiles ne s'y forment pas.
Des preuves récentes suggèrent qu'une telle explication peut effectivement fonctionner: le plus petit des satellites récemment découverts de notre galaxie ne comprend en réalité que quelques centaines d'étoiles. Mais leur masse (elle peut être estimée par le mouvement des étoiles) est beaucoup plus grande. La majeure partie est supposée être contenue dans la matière noire.
Bloom a bien raisonné: pour exclure une alternative avec l'accélération des électrons sur les ondes de choc, il faut regarder où les supernovae n'explosent pas. Idéalement - là où il n'y a pas d'étoiles du tout et où la matière noire devrait l'être. Selon la théorie, de tels halos de matière noire sans étoiles devraient en effet entourer notre galaxie - la théorie prédit une douzaine ou deux fois plus de galaxies naines que ce qui est réellement observé.
Pour trouver ce que les étoiles n'éclairent pas, Bloom et son collègue Pin Wan ont dû parcourir l'ensemble des archives de données Fermi à la recherche d'objets étendus, dont le rayonnement gamma correspond au modèle de désintégration ou d'annihilation des particules de matière noire. De plus, ces objets ne doivent pas coïncider avec des sources connues et le flux de photons qui en émane ne doit pas changer avec le temps.
Bloom et Wang ont trouvé 54 sources étendues qui ressortaient d'au moins quatre écarts types au-dessus du fond. Après avoir examiné chacune d'entre elles séquentiellement, les scientifiques ont rejeté 50 «galaxies sans étoiles» potentielles comme ne répondant pas aux critères choisis. Il en reste quatre qui répondent aux critères. Au-dessus de l'arrière-plan, ils se démarquent tous, même pas par quatre, mais par au moins cinq écarts types.
Néanmoins, Bloom a de nouveau revêtu le masque «M. Non» et a conclu qu'aucune nouvelle naine noire n'avait été détectée dans les données de Fermi pendant les dix premiers mois. Le principal argument avancé par le scientifique est le décalage entre les spectres de ces sources et les modèles théoriques choisis de la désintégration de la matière noire.
Question subtile
Mais c'est ridicule, estime Falkovsky, - donnez à un théoricien normal presque n'importe quel spectre entre ses mains, et il vous proposera un modèle en 15 minutes qui décrira ce spectre. Une quinzaine de minutes est, bien sûr, une exagération artistique, mais les modèles de décomposition et d'annihilation jusqu'à présent offrent en effet une très large marge de manœuvre théorique.
C'est peut-être pour cela que Bloom ne donne pas de spectres. Il ne donne pas dans son travail les coordonnées des candidats ou toute autre donnée les concernant.
Tout cela est très intriguant, estime Falkovsky. Bloom ne dit pas qu'il n'y a pas de galaxies noires, il affirme seulement qu '«elles n'ont pas été trouvées dans les données de Fermi pendant les dix premiers mois». Personne ne sait ce qu'il adviendra des données pour les années à venir. Ce qui est clair, c'est que Bloom, en tant que membre de la collaboration Fermi, y aura accès avant tout le monde.
