Les scientifiques pourraient être sur le point de réaliser une « percée fondamentale en cosmologie et en physique des particules », si la matière noire et les « particules fantômes » pouvaient interagir

Deux des particules les plus mystérieuses de l’univers pourraient entrer en collision de manière invisible dans tout le cosmos – une découverte qui pourrait résoudre l’un des plus gros problèmes persistants de notre modèle standard de cosmologie.

Ces deux composants insaisissables — la matière noire et les neutrinos (ou « particules fantômes« ) – sont omniprésents dans tout le cosmos, mais ils restent mal compris. Dans une étude publiée le 2 janvier dans la revue Astronomie naturelleune équipe internationale de chercheurs a découvert des preuves que la matière noire et les neutrinos peuvent entrer en collision, transférant ainsi leur élan entre eux.

Cette interaction surprenante pourrait aider à expliquer pourquoi l’univers est moins peuplé de régions denses, comme les galaxies, que prévu – en d’autres termes, l’univers est moins « grumeleux » que les cosmologistes ne le pensent, ont déclaré les chercheurs dans un communiqué. déclaration.

La matière noire et les neutrinos restent une énigme

Matière noire est la substance mystérieuse et invisible qui constitue 85 % de la matière de l’univers. Comme son nom l’indique, la matière noire n’émet pas de lumière, son existence n’a donc été déduite qu’indirectement de son influence gravitationnelle, comme l’ont observé les études cosmologiques.

Neutrinos sont des particules subatomiques avec des masses infinitésimales et sans charge électrique, elles interagissent donc très rarement avec d’autres particules. Ils sont produits par divers processus nucléaires, notamment la fusion stellaire et les supernovas, en quantités prodigieuses : chaque seconde, environ 100 milliards de neutrinos traversent chaque centimètre carré de votre corps, Live Science signalé précédemment.

Pourtant, la matière noire et les neutrinos ne devraient pas interagir, selon le principal modèle de cosmologie, connu sous le nom de modèle de matière noire froide lambda (lambda-CDM). Ce modèle standard vise à expliquer théoriquement la structure à grande échelle du cosmos.

Une énigme cosmologique

Cependant, cette étude récente apporte de nouvelles preuves selon lesquelles la matière noire et les neutrinos pourraient finalement interagir, comme d’autres chercheurs l’ont avancé au cours des deux dernières décennies.

Si la matière noire et les neutrinos entrent en collision et se transfèrent de l’impulsion au cours du processus, cette découverte inciterait à repenser le modèle lambda-CDM. De telles collisions pourraient également contribuer à expliquer le « Tension S8 » un décalage entre le  » grumelage  » attendu et réel de l’univers.

« Cette tension ne signifie pas que le modèle cosmologique standard est erroné, mais elle peut suggérer qu’il est incomplet », Éléonore Di Valentinoco-auteur de l’étude et chercheur principal à l’Université de Sheffield au Royaume-Uni, a expliqué dans le déclaration. « Notre étude montre que les interactions entre la matière noire et les neutrinos pourraient aider à expliquer cette différence, offrant ainsi un nouvel aperçu de la façon dont la structure s’est formée dans l’Univers. »

L’inadéquation vient des découvertes des chercheurs selon lesquelles le cosmos actuel n’est pas aussi emballés ensemble comme prévu, sur la base des observations du fond diffus cosmologique (CMB) – la première lumière de l’univers, émise alors que le cosmos n’avait que 380 000 ans.

« L’affirmation selon laquelle les structures cosmiques sont ‘moins regroupées’ est mieux comprise dans un sens statistique, plutôt que comme un changement dans l’apparence de galaxies ou d’amas individuels. Elle fait référence à une efficacité réduite dans la croissance des structures cosmiques au fil du temps », co-auteur de l’étude. William Giarècosmologue à l’Université d’Hawaï, a déclaré à Live Science par e-mail.

Démêler plusieurs fils de preuves

Les chercheurs ont tenté de rassembler les preuves des fluctuations d’énergie et de densité dans le CMB et celles de oscillations acoustiques baryoniques (BAO) – des ondes de pression « figées » dans le temps depuis le début du cosmos – avec des observations plus récentes de la structure à grande échelle de l’univers.

Les données de l’univers primitif proviennent du télescope cosmologique d’Atacama au Chili et du télescope spatial Planck de l’Agence spatiale européenne, conçu pour étudier le CMB. Les données de l’univers ultérieur proviennent du télescope Victor M. Blanco au Chili et du Enquête sur le ciel numérique de Sloanun effort de deux décennies visant à créer une carte 3D de millions de galaxies réparties sur plus de 11 milliards d’années-lumière.

Les chercheurs ont également intégré les données de cisaillement cosmique du Dark Energy Survey. Le cisaillement cosmique est la distorsion d’objets célestes éloignés due à une faible lentille gravitationnelle, qui se produit lorsque des structures massives au premier plan plient la surface. tissu de l’espace-temps et modifier les chemins de la lumière voyageant de ces objets célestes lointains à nos détecteurs.

Finalement, les chercheurs ont combiné ces données et modélisé l’évolution de l’univers. En tenant compte des collisions entre la matière noire et les neutrinos et de l’échange de quantité de mouvement qui en résulte, les simulations ont généré un univers modèle qui correspond mieux aux observations réelles.

Il y a cependant lieu de rester prudent, car l’interaction entre la matière noire et les neutrinos n’a qu’un effet négatif. Niveau de certitude 3-sigma — ce qui signifie qu’il y a 0,3 % de chances que ce résultat soit un hasard. Bien qu’en deçà de l’étalon-or scientifique de 5 sigma, elle est suffisamment importante pour justifier des recherches supplémentaires car, si elle est confirmée, l’interaction s’avérerait une « percée fondamentale en cosmologie et en physique des particules » – et une solution potentielle au dilemme de l’agglutination cosmique.

« Le verdict final viendra des prochains relevés du ciel à grande échelle, comme ceux du Observatoire Vera C. Rubinet des travaux théoriques plus précis », chef d’équipe de recherche Sébastien Trojanowskiphysicien théoricien au Centre national de recherche nucléaire en Pologne, a expliqué dans un déclaration séparée. « Ceux-ci nous permettront de déterminer si nous assistons à une nouvelle découverte dans le secteur obscur ou si nos modèles cosmologiques nécessitent des ajustements supplémentaires. Cependant, chacun de ces scénarios nous rapproche de la résolution du mystère de la matière noire. »