Publié le 26 octobre 2023. Des données récentes issues du télescope spatial Fermi pourraient enfin apporter une preuve de l’existence de la matière noire, cette composante invisible qui constitue l’essentiel de l’univers, en détectant un signal gamma particulier qui correspondrait à l’annihilation de particules hypothétiques.
- Environ 85 % de la matière de l’univers est invisible, constituée d’une matière noire dont la nature reste inconnue.
- Un astrophysicien a identifié un excès de rayonnement gamma dans le halo de la Voie lactée qui pourrait être la signature de l’annihilation de WIMP (particules massives à faible interaction).
- Ces résultats doivent être confirmés par d’autres équipes de recherche, notamment en observant des galaxies naines.
La matière noire est l’une des grandes énigmes de la cosmologie moderne. Son existence est déduite de l’observation du mouvement des galaxies et de la structure du rayonnement cosmique, mais sa composition demeure un mystère. Les physiciens soupçonnent qu’elle ne soit pas constituée des particules élémentaires que nous connaissons, mais d’une forme de matière jusqu’alors inconnue. De nombreuses particules hypothétiques ont été proposées comme candidats à la matière noire, parmi lesquelles les WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), des particules massives à faible interaction.
L’idée clé derrière la recherche de ces WIMP est que, lorsqu’elles entrent en collision, elles s’annihilent en libérant un rayonnement de haute énergie, notamment des rayons gamma. Des projets de recherche ont déjà tenté de détecter ce rayonnement, et en 2008, des observations du télescope spatial Fermi ont révélé un signal provenant du centre de la Voie lactée qui avait été initialement interprété comme une preuve de l’annihilation de la matière noire. Cependant, cette interprétation s’est avérée prématurée, car ce rayonnement pouvait également être expliqué par la présence d’étoiles à neutrons, abondantes au centre galactique.
Tomonori Totani, de l’Université de Tokyo, a adopté une approche différente. Il a concentré ses recherches sur les régions du ciel où la présence d’étoiles à neutrons est moins probable, à savoir le halo de la Voie lactée, loin de son centre et de son disque riche en étoiles. En analysant les données collectées pendant 15 ans par le télescope grand angle LAT de Fermi, il a détecté un excès significatif de rayonnement gamma dans une plage d’énergie allant de 2 à 200 gigaélectronvolts (GeV), avec un pic à 20 GeV. Cette distribution d’énergie correspond précisément à ce qui serait attendu en cas d’annihilation de WIMP.
« Ce serait la première fois que nous voyons de la matière noire, pour ainsi dire. Et cela montrerait que la matière noire est constituée de particules qui ne sont pas incluses dans le modèle standard de la physique des particules. »
Tomonori Totani, Université de Tokyo
Bien que prometteurs, ces résultats nécessitent une confirmation indépendante par d’autres équipes de recherche. Il est également possible que des phénomènes astrophysiques encore inconnus soient à l’origine de ce rayonnement gamma. Totani recommande donc de rechercher ce même type de rayonnement dans d’autres galaxies, notamment les galaxies naines, où les conditions sont différentes de celles de la Voie lactée. La détection d’un signal similaire dans ces galaxies constituerait une preuve solide que le rayonnement est bien d’origine cosmologique et provient de particules de matière noire.