La matière noire est l'architecte de la structure cosmique à grande échelle et le moteur de la bonne rotation des galaxies. C'est un élément indispensable de la physique de notre univers - et pourtant les scientifiques ne savent toujours pas de quoi il est fait. Les dernières données de Planck suggèrent que la substance mystérieuse représente 26,2% du cosmos, ce qui la rend presque cinq fois et demie plus répandue que la matière quotidienne normale. Maintenant, quatre chercheurs européens ont laissé entendre qu'ils pourraient avoir une découverte sur les mains: un signal à la lumière des rayons X qui n'a pas de cause connue, et pourrait être la preuve d'une longue interaction recherchée entre les particules - à savoir, l'annihilation de l'obscurité matière.
Lorsque les astronomes veulent étudier un objet dans le ciel nocturne, comme une étoile ou une galaxie, ils commencent par analyser sa lumière sur toutes les longueurs d'onde. Cela leur permet de visualiser des lignes sombres étroites dans le spectre de l'objet, appelées lignes d'absorption. Les raies d'absorption se produisent parce que les éléments constitutifs d'une étoile ou d'une galaxie absorbent la lumière à certaines longueurs d'onde, empêchant la plupart des photons avec ces énergies d'atteindre la Terre. De même, les particules en interaction peuvent également laisser des raies d'émission dans le spectre d'une étoile ou d'une galaxie, des raies lumineuses qui sont créées lorsque des photons en excès sont émis via des processus subatomiques tels que l'excitation et la décroissance. En examinant attentivement ces raies d'émission, les scientifiques peuvent généralement brosser un tableau robuste de la physique en cours ailleurs dans le cosmos.
Mais parfois, les scientifiques trouvent une ligne d'émission plus déroutante. Plus tôt cette année, des chercheurs du Laboratoire de physique des particules et de cosmologie (LPPC) en Suisse et à l'Université de Leiden aux Pays-Bas ont identifié un excès d'énergie dans la lumière des rayons X provenant à la fois de la galaxie d'Andromède et de l'amas d'étoiles Persée: une ligne d'émission avec une énergie autour de 3,5keV. Aucun processus connu ne peut expliquer cette ligne; cependant, il est cohérent avec les modèles de la théorie neutrino stérile - une particule qui, selon de nombreux scientifiques, est un candidat de choix pour la matière noire.
Les chercheurs pensent que cette étrange ligne d'émission pourrait résulter de l'anéantissement ou de la désintégration de ces particules de matière noire, un processus censé libérer des photons de rayons X. En fait, le signal semblait être le plus fort dans les régions les plus denses d'Andromède et de Persée et de plus en plus diffus à l'écart du centre, une distribution qui est également caractéristique de la matière noire. De plus, le signal était absent des observations de l'équipe sur un espace profond et vide, ce qui implique qu'il s'agit d'un artefact réel et pas seulement instrumental.
Dans une pré-impression de leur article, les chercheurs prennent soin de souligner que le signal lui-même est faible par rapport aux normes scientifiques. Autrement dit, ils ne peuvent être sûrs qu'à 99,994% qu'il s'agit d'un vrai résultat et pas seulement d'une fluctuation statistique frauduleuse, un niveau de confiance connu sous le nom de 4σ. (L'étalon-or pour une découverte scientifique est de 5σ: un résultat qui peut être déclaré «vrai» avec une confiance de 99,9999%) D'autres scientifiques ne sont pas si sûrs que la matière noire soit une si bonne explication après tout. Selon des prédictions faites sur la base de mesures de la forêt Lyman-alpha - c'est-à-dire le schéma spectral d'absorption d'hydrogène et d'émission de photons dans des nuages de gaz très anciens et très éloignés - toute particule prétendue être de la matière noire devrait avoir une énergie supérieure à 10keV - plus deux fois l'énergie de ce signal le plus récent.
Comme toujours, l'étude de la cosmologie est pleine de mystères. Que cette ligne d'émission particulière se révèle être ou non la preuve d'un neutrino stérile (et donc de la matière noire), elle semble être le signal d'un processus physique que les scientifiques ne comprennent pas encore. Si les observations futures peuvent accroître la certitude de cette découverte au 5σniveau, les astrophysiciens auront encore un autre phénomène à expliquer - une perspective passionnante, quel que soit le résultat final.
Les recherches de l'équipe ont été acceptées dans Physical Review Letters et seront publiées dans un prochain numéro.
