Les physiciens de l'Université de Copenhague ont commencé à utiliser les gigantesques champs magnétiques des grappes de galaxies pour observer des trous noirs distants dans leur recherche d'une particule insaisissable qui a perplexe des scientifiques depuis des décennies.
C'est une histoire d'extrême qui sont difficiles à comprendre.
Les structures les plus lourdes de l'univers, grappes de galaxies, sont un quadrillion plus massive que le soleil. Et les axions, les particules théoriques mystérieuses, sont beaucoup, beaucoup plus légères que même l'atome le plus léger.
L'axion est une particule élémentaire hypothétique qui pourrait contenir la clé pour comprendre la matière noire, un matériau inconnu qui occuperait environ 80% de la masse de notre univers.
Personne n'a encore prouvé l'existence des axions, qui ont échappé aux chercheurs depuis des décennies. Mais avec une astuce intelligente impliquant des galaxies lointaines, des physiciens de l'Université de Copenhague sont peut-être plus proches que jamais.
Au lieu d'utiliser un accélérateur de particules sur Terre, comme celui du CERN, les chercheurs se sont tournés vers le cosmos et l'ont utilisé comme une sorte d'accélérateur de particules gigantesque. Plus précisément, ils ont recherché un rayonnement électromagnétique émettant des noyaux de galaxies éloignées et très brillantes, chacune avec un trou noir supermassif en son centre.
Ils ont ensuite observé ce rayonnement lorsqu'il passait à travers les vastes champs magnétiques trouvés dans les grappes de galaxies, où une partie pourrait se transformer hypothétiquement en axions. Cette transformation laisserait derrière lui de minuscules fluctuations aléatoires dans les données. Mais chaque signal est si faible que, seul, il se perd dans le bruit de fond de l'univers.
Ainsi, les chercheurs ont introduit un nouveau concept. Au lieu de cela, ils ont observé un total de 32 trous noirs supermassifs positionnés derrière des grappes de galaxies, puis ont combiné les données de leurs observations.
Lorsque les chercheurs ont examiné les données, ils ont été surpris de découvrir un modèle qui ressemblait à la signature de la particule d'axion insaisissable.
« Normalement, le signal de ces particules est imprévisible et apparaît comme un bruit aléatoire. Mais nous avons réalisé qu'en combinant les données de nombreuses sources différentes, nous avions transformé tout ce bruit en un modèle clair et reconnaissable », explique Oleg Ruchayskiy, professeur agrégé à l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhagen et auteur pour personnes âgé Astronomie naturelle intitulé « Des contraintes sur les particules de type axion à partir de noyaux galactiques actifs observés à travers des grappes de galaxies » qui essaie d'étudier l'axion.
Il ajoute: « Cela apparaît comme un modèle de semblable unique qui montre à quoi pourrait ressembler cette conversion. Nous ne le voyons que comme un soupçon de signal dans nos données, mais il est toujours très alléchant et excitant. Vous pouvez l'appeler un murmure cosmique, maintenant assez fort pour entendre. »
Plus près de la découverte de la matière noire
Bien que le modèle révélé par les scientifiques ne soit pas une preuve définitive de l'existence des axions, la recherche de Ruchayskiy et des collègues nous rapproche de la compréhension de la matière noire.
« Cette méthode a considérablement augmenté ce que nous savons sur les axions. Il nous a essentiellement permis de cartographier une grande zone que nous savons ne contienne pas l'axion, qui se rétrécit dans l'espace où elle peut être trouvée », explique Postdoc Lidiia Zadorozhna, un boursier de Marie Curie au Niels Bohr Institute, qui est l'un des principaux auteurs du nouveau journal.
Bien que cette expérience se soit concentrée sur un type spécifique de rayonnement électromagnétique appelé rayons gamma, la méthode peut également être utilisée sur d'autres types de rayonnement, comme les rayons X.
« Nous sommes tellement excités, car il ne s'agit pas d'un progrès unique. Cette méthode nous permet d'aller au-delà des limites expérimentales précédentes et a ouvert un nouveau chemin pour étudier ces particules insaisissables. La technique peut être répétée par nous, par d'autres groupes, à travers une large gamme de masses et d'énergies. De cette façon, nous pouvons ajouter plus de pièces au puzzle de l'exploration de la matière noire », explique Zadorozhna.
