La matière noire proche du centre de notre galaxie est « aplatie », et non ronde comme on le pensait auparavant, révèlent de nouvelles simulations. Cette découverte pourrait indiquer l’origine d’une mystérieuse lueur de haute énergie qui intrigue les astronomes depuis plus d’une décennie, même si des recherches supplémentaires sont nécessaires pour exclure d’autres théories.
« Lorsque le télescope spatial Fermi a pointé vers le centre galactique, il a mesuré trop de rayons gamma », Maurits Mihkel Muruchercheur à l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam en Allemagne et à l’Université de Tartu en Estonie, a déclaré à Live Science par e-mail. « Différentes théories s’affrontent pour expliquer ce qui pourrait produire cet excès, mais personne n’a encore de réponse définitive. »
Dès le début, les scientifiques proposé que la lueur pourrait venir de matière noire les particules entrent en collision et s’annihilent. Cependant, la forme aplatie du signal ne correspondait pas aux halos sphériques supposés dans la plupart des modèles de matière noire. Cette divergence a conduit de nombreux scientifiques à privilégier une explication alternative impliquant des pulsars millisecondes – d’anciennes étoiles à neutrons à rotation rapide qui émettent des rayons gamma.
Maintenant, une étude publiée le 16 octobre dans la revue Lettres d’examen physique et dirigé par Muru remet en question l’hypothèse de longue date concernant la forme de la matière noire. En utilisant des simulations avancées du Voie lactéeMuru et ses collègues ont découvert que la matière noire proche du centre galactique n’est pas parfaitement ronde, mais aplatie, tout comme le signal gamma observé.
Un puzzle cosmique persistant
Rayons gamma sont la forme de lumière la plus énergétique. Ils sont souvent produits dans les environnements les plus extrêmes de l’univers, tels que de violentes explosions stellaires et de la matière tourbillonnant autour des trous noirs. Pourtant, même après avoir pris en compte les sources connues, les astronomes ont toujours découvert une lueur inexpliquée provenant du noyau de la Voie lactée.
Une explication proposée est que le rayonnement provient de la matière noire, la substance invisible qui constitue la majeure partie de la masse de l’univers. Certains modèles suggèrent que les particules de matière noire peuvent occasionnellement s’écraser les unes contre les autres, convertissant une partie de leur masse en éclats de rayons gamma.
« Comme il n’existe pas de mesures directes de la matière noire, nous n’en savons pas grand-chose », a déclaré Muru. « Une théorie est que les particules de matière noire peuvent interagir les unes avec les autres et s’annihiler. Lorsque deux particules entrent en collision, elles libèrent de l’énergie sous forme de rayonnement à haute énergie. »
Mais cette théorie est tombée en disgrâce lorsque la forme aplatie en forme de disque des rayons gamma n’a pas réussi à correspondre à la forme hypothétique des halos de matière noire – que l’on pense être sphériques.
Repenser la forme de la matière noire
Muru et ses collègues ont entrepris de revisiter l’hypothèse de base selon laquelle la matière noire dans la galaxie intérieure doit être sphérique. À l’aide de simulations informatiques à haute résolution connues sous le nom de suite HESTIA, qui recrée des galaxies semblables à la Voie lactée dans un environnement cosmique réaliste, l’équipe a étudié le comportement de la matière noire à proximité du centre galactique.
Ils ont découvert que les fusions passées et les interactions gravitationnelles peuvent fausser la répartition de la matière noire, l’aplatissant en une forme ovale ou en forme de boîte, un peu comme le renflement des étoiles observé au milieu de notre galaxie.
« Notre résultat le plus important a été de montrer que la raison pour laquelle l’interprétation de la matière noire a été défavorable provenait d’une simple hypothèse », a déclaré Muru. « Nous avons découvert que la matière noire proche du centre n’est pas sphérique, mais aplatie. Cela nous rapproche de la révélation de ce qu’est réellement la matière noire, en utilisant des indices provenant du cœur de notre galaxie. »
Cette image révisée signifie que le schéma des rayons gamma attendus de l’annihilation de la matière noire pourrait naturellement ressembler beaucoup à ce que les astronomes observent. En d’autres termes, l’explication de la matière noire aurait pu être sous-estimée simplement parce que les scientifiques utilisaient une forme incorrecte.
Ce qui vient ensuite
Bien que les nouvelles découvertes renforcent les arguments en faveur de la matière noire comme origine du signal gamma, elles ne clôturent pas le débat. Pour distinguer la matière noire des pulsars, les astronomes ont besoin d’observations plus précises.
« Une indication claire de l’explication stellaire serait la découverte de suffisamment de pulsars pour expliquer la lueur des rayons gamma », a déclaré Muru. « De nouveaux télescopes offrant une résolution plus élevée sont déjà en construction, ce qui pourrait aider à résoudre cette question. »
Si les instruments à venir, tels que le Square Kilometer Array (SKA) et le Cherenkov Telescope Array (CTA), révèlent de nombreuses sources minuscules et ponctuelles au centre galactique, cela favoriserait l’explication du pulsar. Si, au contraire, le rayonnement reste régulier et diffus, le scénario de la matière noire gagnerait en popularité.
« Une preuve irréfutable de la matière noire serait un signal qui correspondrait précisément aux prédictions théoriques », a noté Muru, ajoutant qu’une telle confirmation nécessiterait à la fois une modélisation améliorée et de meilleurs télescopes. « Même avant la prochaine génération d’observations, nos modèles et nos prévisions s’améliorent régulièrement. Une perspective d’avenir consiste à trouver d’autres endroits pour tester nos théories, comme les régions centrales des galaxies naines proches. »
Le mystère de l’excès de rayons gamma dure depuis plus de 10 ans, chaque nouvelle étude ajoutant une pièce au puzzle. Que la lueur provienne de la matière noire, des pulsars ou de quelque chose de totalement inattendu, les résultats de Muru mettent en évidence à quel point la structure de la galaxie elle-même peut contenir des indices vitaux. En remodelant notre compréhension du noyau sombre de la Voie lactée, les scientifiques se rapprochent de la réponse à l’une des questions les plus profondes de l’astrophysique moderne : ce qu’est réellement la matière noire.
