Dark Matter est un type de matière insaisissable qui n'émet pas, ne reflète pas ou n'absorbe pas la lumière, mais devrait tenir compte de la majeure partie de la masse de l'univers. Comme il ne peut pas être détecté et étudié à l'aide de techniques expérimentales conventionnelles, la nature et la composition de la matière noire n'ont pas encore été découvertes.
L'une des candidats les plus prometteurs de la matière noire (c'est-à-dire, les particules hypothétiques dont la matière noire pourrait être faite) sont des axions. La théorie suggère que les axions pourraient convertir en particules légères (c'est-à-dire les photons) dans des conditions spécifiques, qui pourraient à leur tour générer des signaux qui peuvent être ramassés par un équipement sophistiqué.
Dans des champs magnétiques forts, tels que ceux qui entourent des étoiles à neutrons avec de grands champs magnétiques (c'est-à-dire des magnétars), la conversion des axions en photons a été prévue pour générer de faibles signaux radio qui pourraient être détectés à l'aide de radiotélescopes à base de terre ou d'espace puissants.
Les chercheurs de l'Institut polytechnique de Lisbonne et d'autres instituts ont récemment montré que certains de ces signaux radio pouvaient être perdus avant de voyager à travers l'espace en raison des interactions entre les axions et le plasma dans les magnétosphères magnétaires, les régions autour des étoiles à neutrons dans lesquelles les champs magnétiques dominent.
Leur article, publié dans Lettres d'examen physiquepourrait éclairer le raffinement des stratégies visant à détecter les axions de la matière noire à l'aide de radio-télescopes.
« Notre étude a commencé à partir d'une simple conversation » What If « avec mes co-auteurs », a déclaré à Terças Hugo Terças, professeur adjoint à l'Instituto Superior de Engenharia de Lisboa et au premier auteur du journal.
« Nous avons donné un coup de pied aux idées sur la façon dont les axions pouvaient interagir avec les plasmons, qui sont essentiellement les » vagues « collectives dans un plasma. Une fois que nous avons réalisé qu'une conversation » pourrait « se produire entre eux, la prochaine étape logique était de trouver l'endroit idéal dans l'univers où cela pourrait se dérouler. »
Après avoir débattu sur les conditions possibles dans lesquelles les axions pourraient interagir avec le plasma, les chercheurs ont identifié l'environnement extrême qui devrait entourer les aimtars. Cette région de l'espace, connu sous le nom de magnétosphère, a finalement offert un scénario idéal dans lequel ils pouvaient tester leur idée.
« Imaginez que les chercheurs précédents écoutaient une note spécifique d'une flûte lointaine (le signal d'axe) », a expliqué Terças.
« Ils ont calculé à quel point cette note devait être forte. Notre travail a découvert que la flûte a une fuite. Avant que le son ne nous atteigne jamais, une partie de l'air (ici, les axions) s'échappe à travers cette fuite dans un instrument différent qui est en mue et ne peut pas être entendu (les plasmons).
Essentiellement, Terças et ses collègues ont effectué une analyse approfondie visant à mesurer la mesure dans laquelle les signaux associés à la conversion des axions en photons « fuiraient » en raison des interactions avec les plasmons (c'est-à-dire des particules de plasma).
Leurs résultats suggèrent que lorsque la prise en compte de cette fuite, les signaux voyageant à travers l'espace seraient beaucoup plus faibles que prévu à l'origine, ce qui signifie que les radio-télescopes devraient être beaucoup plus sensibles qu'ils ne le sont actuellement.
« Je crois que la partie la plus excitante de notre travail est à quel point ce mécanisme sous-jacent est universel », a déclaré Terças. « Nous l'avons découvert dans le contexte extrême de la matière noire et des magnétars, mais c'est un processus fondamental qui apparaît partout dans la physique. Un exemple parfait est dans la recherche sur la fusion nucléaire, dans des réacteurs en forme de beignets appelés tokamaks.
« Les scientifiques utilisent ce même principe exactement pour chauffer le plasma: ils rayonnent dans des ondes électromagnétiques, qui se convertissent en ondes de plasma et déposent leur énergie, chauffant le système. C'est la même physique! »
Fait intéressant, l'effet lié à l'interaction plasmon décrit par les chercheurs pourrait également être pertinent pour d'autres sujets au-delà de la physique de la matière noire. En fait, leur article propose un nouveau cadre qui pourrait façonner la compréhension de la conversion d'énergie à travers un large éventail de systèmes physiques.
« Notre étude montre comment la physique fondamentale relie les champs apparemment indépendants », a déclaré Terças. « Notre grand plan pour les recherches futures est de retourner le script entièrement. En ce moment, la recherche avec les radiotélescopes est passive – les astronomes attendent qu'une étoile éloignée nous envoie un signal. Nous voulons passer des auditeurs passifs à des créateurs actifs. »
Dans le cadre de leurs travaux futurs, Terças et ses collègues espèrent également réaliser avec succès des axions à l'intérieur de leur laboratoire. Pour réussir dans cette entreprise, ils devraient d'abord créer une sorte de plasma « synthétique ».
« Un plasma » synthétique « est un matériau d'ingénierie qui imite les conditions extrêmes de la magnétosphère d'une magnétar mais sur un dessus de table », a ajouté Terças.
« Cela nous permettrait de réprimer l'environnement et de créer essentiellement les conditions parfaites pour amadouer les axions pour apparaître grâce à ce mécanisme de conversion que nous avons découvert. C'est un moyen beaucoup plus direct de les chasser. »
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
