Des chercheurs démontrent que l’hypothèse des photons sombres, un candidat théorique de longue date pour expliquer la matière noire, avait été écartée à tort en raison de simulations de plasma sous-estimant leurs interactions possibles dans l’Univers primordial, relançant ainsi cette piste de recherche selon de récentes publications.
La traque de la matière invisible qui compose l’essentiel de notre cosmos connaît un nouveau rebondissement théorique. Alors que le modèle standard de la cosmologie repose sur l’existence d’une masse cachée pour expliquer la cohésion des galaxies, une piste de recherche un temps abandonnée revient sur le devant de la scène. Des travaux récents, publiés dans Physical Review Letters, révèlent que l’idée des photons sombres avait été écartée pour de mauvaises raisons.
L’énigme de la cohésion des galaxies et le modèle standard
Dès les années 1970, l’analyse des courbes de rotation des galaxies a mis en évidence un décalage persistant entre la matière visible et la dynamique réelle du cosmos. Sans un apport de gravité supplémentaire fourni par une matière invisible, ces astres seraient projetés hors de la structure.
Cette matière noire représenterait plus de 80 % de la matière contenue dans l’Univers. Elle permet de rendre compte d’une grande variété de phénomènes astronomiques, qu’il s’agisse de la répartition de la matière à grande échelle, du mouvement des galaxies au sein des amas, ou encore de l’effet de lentilles gravitationnelles observé lors de collisions d’amas stellaires. Néanmoins, décennies après décennies, les instruments n’ont détecté aucun signal direct de cette substance.
Pourquoi les photons sombres avaient été écartés
Parmi les hypothèses examinées pour identifier cette masse invisible, celle des photons sombres
suggérait l’existence de particules agissant comme des messagers au sein d’un secteur sombre, jouant un rôle équivalent à celui des photons de l’électromagnétisme classique. Le consensus scientifique s’était toutefois détourné de cette piste en raison d’un écueil théorique apparent : dans le plasma dense de l’univers primordial, ces particules auraient dû se convertir massivement en photons ordinaires.
Ce mécanisme aurait provoqué un réchauffement thermique en contradiction directe avec les mesures actuelles du fond diffus cosmologique. Selon Junwu Huang, cité par le site Les Numériques en tant que second auteur des travaux, en convertissant l’énergie dans le plasma du modèle standard, le plasma devient vraiment fou
.
« Ce que nous avons réalisé, c’est qu’en convertissant l’énergie dans le plasma du modèle standard, le plasma devient vraiment fou ! »
Junwu Huang, second auteur
Des simulations numériques et des forces d’interaction réévaluées
Les nouvelles simulations informatiques apportent un éclairage différent sur la question en démontrant que le comportement du plasma primordial avait été mal modélisé par le passé. Anson Hook, chercheur à l’université du Maryland, souligne que les contraintes d’exclusion antérieures reposaient sur une hypothèse d’interaction beaucoup trop faible, jusqu’à 10⁸ fois inférieure à la réalité physique possible.
Cette correction remet au premier plan la complexité potentielle de la matière noire. À l’instar de la matière ordinaire qui se manifeste sous des formes multiples, les physiciens explorent l’idée que la matière invisible pourrait être régie par des forces inédites agissant intensément entre ses propres composantes, tout en n’exerçant aucun effet, ou un effet infime, sur la matière ordinaire.
Perspectives ouvertes par ces nouveaux scénarios
Ces avancées théoriques ne constituent pas une preuve définitive de l’existence des photons sombres
. En validant leur faisabilité physique dans des zones de paramètres jusqu’ici délaissées, ces recherches élargissent le champ des investigations possibles pour les physiciens confrontés à l’absence de détection des modèles à particule unique.
Tandis que certains chercheurs continuent d’étudier des alternatives modifiant les lois de la gravitation newtonienne aux très faibles accélérations, d’autres estiment que la piste des photons sombres offre une option crédible pour expliquer l’absence de signaux dans les expériences actuelles, confirmant que la quête pour percer les secrets du cosmos reste ouverte.