Avec toute notre compréhension des lois de la physique et du succès du modèle standard et de la relativité générale, il existe un certain nombre de phénomènes observables dans l'Univers qui ne peuvent être expliqués. L'univers est plein de mystères, de la formation des étoiles aux rayons cosmiques de haute énergie. Bien que nous découvrions progressivement de l'espace pour nous-mêmes, nous ne savons toujours pas tout. Par exemple, nous savons que la matière noire existe, mais nous ne savons pas quelles sont ses propriétés. Cela signifie-t-il que nous devons attribuer tous les effets inconnus aux manifestations de la matière noire?
Il y a autant de mystères sur la matière noire que de preuves de son existence. Mais blâmer la matière noire pour toutes les manifestations mystérieuses de l'espace n'est pas seulement myope, mais aussi faux. C'est ce qui se passe lorsque les scientifiques sont à court de bonnes idées.
Deux grandes galaxies brillantes au centre de l'amas de coma, chacune mesurant plus d'un million d'années-lumière. Les galaxies à la périphérie indiquent l'existence d'un grand halo de matière noire dans tout l'amas.
La matière noire se trouve partout dans l'Univers. Il a été consulté pour la première fois dans les années 1930 pour expliquer le mouvement rapide des galaxies individuelles dans les amas de galaxies. Cela s'est produit parce que toute la matière ordinaire - la matière composée de protons, de neutrons et d'électrons - ne suffit pas à expliquer la quantité totale de gravité. Cela comprend les étoiles, les planètes, le gaz, la poussière, le plasma interstellaire et intergalactique, les trous noirs et tout ce que nous pouvons mesurer. Les éléments de preuve soutenant la matière noire sont nombreux et convaincants, comme l'a noté le physicien Ethan Siegel.
La matière noire est nécessaire pour expliquer:
- propriétés de rotation des galaxies individuelles, - la formation de galaxies de différentes tailles, de l'elliptique géante à - des galaxies de la taille de la Voie lactée et de minuscules galaxies naines près de nous, Vidéo promotionelle:
- interactions entre paires de galaxies, - propriétés des amas de galaxies et amas de galaxies à grande échelle, - réseau spatial, y compris sa structure filamenteuse, - spectre des fluctuations du fond cosmique hyperfréquence, - les effets observés de la lentille gravitationnelle de masses éloignées, - la séparation observée entre les effets de la gravité et la présence de matière ordinaire dans les collisions d'amas de galaxies.
À la fois à petite échelle de galaxies individuelles et à l'échelle de l'Univers entier, la matière noire est nécessaire.
En mettant tout cela dans le contexte du reste de la cosmologie, nous pensons que chaque galaxie, y compris la nôtre, contient un halo de matière noire massive et diffuse qui l'entoure. Contrairement aux étoiles, au gaz et à la poussière de notre galaxie, qui se trouvent principalement dans le disque, le halo de matière noire doit être sphérique car, contrairement à la matière ordinaire (à base d'atomes), la matière noire ne «s'aplatit» pas lorsque vous la serrez … De plus, la matière noire devrait être plus dense au centre galactique et s'étendre dix fois plus loin que les étoiles de la galaxie elle-même. Enfin, il devrait y avoir de petits morceaux de matière noire dans chaque halo.
Pour reproduire l'ensemble des observations énumérées ci-dessus, ainsi que d'autres, la matière noire ne doit pas avoir d'autres propriétés que les suivantes: elle doit avoir une masse; il doit interagir gravitationnellement; il doit se déplacer lentement par rapport à la vitesse de la lumière; il ne devrait pas interagir fortement avec d’autres forces. Tout. Toutes les autres interactions sont très limitées mais non exclues.
Pourquoi, alors, chaque fois qu'une observation astrophysique est faite avec un excès d'une particule ordinaire d'un certain type - photons, positons, antiprotons - on parle d'abord de matière noire?
Plus tôt cette semaine, une équipe de scientifiques étudiant les sources de rayons gamma autour des pulsars a publié ses résultats dans Science. Dans leurs travaux, ils ont tenté de mieux comprendre d'où provenait l'excès de positrons que nous avons observé. Les positrons, antipodes des électrons, naissent généralement de plusieurs manières: lorsque des particules ordinaires sont accélérées à des énergies suffisamment élevées, lorsqu'elles entrent en collision avec d'autres particules de matière, et avec la production de paires électron-positon selon la formule d'Einstein E = mc2. Nous créons de telles paires au cours d'expériences physiques et pouvons observer la création d'un positron astrophysiquement, à la fois directement, dans la recherche de rayons cosmiques, et indirectement, dans la recherche de la signature énergétique de l'annihilation électron-positon.
Ces signatures astrophysiques de positons se produisent près du centre galactique, ciblant des sources ponctuelles telles que des microquasars et des pulsars situés dans une région mystérieuse de notre galaxie connue sous le nom de Grand Annihilateur, et dans une partie d'un fond diffus dont l'origine est inconnue. Une chose est sûre: nous voyons plus de positrons que nous ne nous attendons à en voir. Et cela est connu depuis longtemps. PAMELA l'a mesuré, Fermi l'a mesuré, AMS à bord de l'ISS l'a mesuré. Plus récemment, l'observatoire HAWC a mesuré des rayons gamma de très haute énergie, de niveau TeV et a montré qu'il s'agissait de particules hautement accélérées provenant de pulsars de niveau moyen. Mais, malheureusement, cela ne suffit pas à expliquer l'excès de positrons observé.
Pour une raison quelconque, avec chaque mesure de l'excès de positrons, avec chaque observation d'une source astrophysique qui ne l'explique pas, le récit s'écoule dans «nous ne pouvons pas l'expliquer, donc la matière noire est à blâmer». Et c'est mauvais car il existe de nombreuses sources astrophysiques possibles qui ne nécessitent rien d'exotique, par exemple:
- production secondaire de positrons et de rayons gamma par d'autres particules, - des microquasars ou autre chose alimentant les trous noirs, - pulsars, magnétars très jeunes ou très vieux, - restes de supernova.
Cette liste n'est pas définitive, mais fournit quelques exemples de ce qui pourrait créer ce surplus.
De nombreuses personnes travaillant dans ce domaine optent pour la matière noire car ce serait une percée si la matière noire détruisait et produisait des rayons gamma et des particules de matière ordinaire. Ce serait un scénario de rêve pour les astrophysiciens chasseurs de matière noire. Mais les vœux pieux n'ont jamais conduit à de grandes découvertes. Alors que la matière noire est le plus souvent présentée comme une explication du surplus de positons, elle n'est pas plus probable que les extraterrestres expliquant l'étoile de Tabby.
Après avoir demandé une explication à Brenda Dingus, chercheuse principale pour HAWC, Ethan Siegel a reçu le commentaire suivant:
«Il existe sans aucun doute d'autres sources de positons. Mais les positons ne s'éloignent pas de leurs sources et il n'y a pas beaucoup de sources à proximité. Les deux meilleurs candidats ont été découverts par HAWC et nous connaissons désormais le nombre de positrons qu'ils produisent. On sait aussi comment ces positrons se diffusent à partir de leurs sources; plus lent que prévu. Bien que nous ayons confirmé les sources de positrons à proximité, nous avons découvert que les positrons sont très lents à s'éloigner de leur lieu d'origine et ne créent donc pas d'excès de positrons sur Terre. En éliminant une possibilité, nous rendons d'autres possibilités plus probables. Cependant, cela ne signifie pas que les positrons DOIVENT provenir de la matière noire. Nous ne le pensons pas."
Fait remarquable, les positrons dans les données HAWC ne représentent que 1% des positrons observés dans d'autres expériences, indiquant quelque chose d'autre comme le héros de la journée. Lorsqu'une observation est faite qui est en contradiction avec nos idées traditionnelles, comme avec un surplus de positrons astrophysiques, il ne faut pas exclure que la matière noire puisse être impliquée. Mais il est beaucoup plus probable que d'autres processus astrophysiques expliquent ces effets. Lorsqu'un mystère apparaît dans la science, tout le monde veut une révolution, mais le plus souvent, ils obtiennent quelque chose d'ordinaire.
Ilya Khel
