Des astronomes détectent des objets potentiels de matière noire dans l'espace grâce aux pulsars

Des preuves de l’existence d’objets potentiels de matière noire ont été détectées à l’aide de pulsars, qui sont des étoiles à neutrons émettant des faisceaux réguliers d’ondes radio.

Ces faisceaux ont été analysés par le professeur John LoSecco, révélant des variations et des retards qui indiquent la présence d'une masse invisible, probablement de la matière noire. LoSecco a utilisé les données de l'enquête PPTA2, impliquant des mesures précises de plusieurs radiotélescopes. L'étude a trouvé une douzaine de cas où la matière noire a probablement influencé pulsar signaux. Cette recherche permet non seulement de mieux comprendre la matière noire, mais aussi d'améliorer les données de chronométrage des pulsars pour d'autres études astronomiques.

Détecter la matière noire grâce aux pulsars

Des preuves fascinantes de l'existence d'objets potentiels de matière noire ont été détectées avec l'aide des « gardiens du temps » de l'Univers.

Ces pulsars – des étoiles à neutrons qui tournent et émettent des faisceaux d’ondes radio semblables à des phares qui balayent rapidement l’espace – ont été utilisés pour identifier de mystérieuses masses cachées.

Les pulsars doivent leur surnom au fait qu'ils émettent un rayonnement électromagnétique à des intervalles très réguliers, allant de quelques millisecondes à quelques secondes, ce qui en fait des chronométreurs extrêmement précis.

« La science a développé des méthodes très précises pour mesurer le temps », a déclaré l'astronome à l'origine de la recherche, le professeur John LoSecco, de l'Université de Notre Dame, qui a récemment présenté ses découvertes lors de la réunion nationale d'astronomie à l'Université de Hull.

« Sur Terre, nous avons des horloges atomiques et dans l’espace, nous avons des pulsars.

« Bien que l’on sache depuis plus d’un siècle que la gravitation ralentit la lumière, il existe jusqu’à présent très peu d’applications de ce principe. »

Cette image montre une représentation artistique d'une étoile à neutrons entourée de son puissant champ magnétique (bleu). Elle émet un faisceau étroit d'ondes radio (magenta) au-dessus de ses pôles magnétiques. Lorsque la rotation de l'étoile balaie ces faisceaux au-dessus de la Terre, l'étoile à neutrons peut être détectée comme un pulsar radio. Crédit : NASA Goddard/Walt Feimer

Observation des variations dans les temps d'apparition des pulsars

Le professeur LoSecco a observé des variations et des retards dans les temps d'émission des pulsars, indiquant que les faisceaux radio se déplacent autour d'une concentration de masse invisible quelque part entre le pulsar et le télescope.

Il pense que ces masses invisibles sont des candidates pour devenir des objets de matière noire.

Le professeur LoSecco a étudié les retards dans les temps d'arrivée des impulsions radio, qui ont normalement une durée de l'ordre de la nanoseconde. précisionIl a effectué des recherches le long du trajet des impulsions radio dans les données de l'enquête PPTA2 diffusées par le Parkes Pulsar Timing Array.

Ce projet en cours produit des mesures précises des heures d'arrivée des impulsions en utilisant les données de sept radiotélescopes différents : Effelsberg, Nançay, Westerbork, Green Bank, Arecibo, Parkes et Lovell, ce dernier dans le Cheshire.

Les impulsions ont une cadence d'environ trois semaines dans trois bandes d'observation.

Graphique montrant la géométrie d'un pulsar en fonction du temps. Cosinus de la matière noire vu par l'observateur. L'axe Z va de l'observateur au pulsar (point à gauche). Le point de rapprochement le plus proche est à une distance D le long de l'axe X. La coordonnée Y est orientée vers le haut le long de la vitesse projetée de la concentration de masse. Le déplacement le long de Y est considéré comme V t. La concentration de masse est dans le plan à (D, V t). Crédit : John LoSecco

Déviations dans les heures d'arrivée dues à la matière noire

Les écarts dans les temps d’arrivée dus à la matière noire ont une forme bien définie et une taille proportionnelle à sa masse.

La lumière passant à proximité des régions de matière noire sera ralentie par sa présence. Une recherche dans les données de précision de 65 « pulsars millisecondes » a révélé une douzaine d'incidents qui semblent être des interactions avec la matière noire.

Le professeur LoSecco a déclaré : « Nous tirons parti du fait que la Terre bouge, que le Soleil bouge, que le pulsar bouge et que même la matière noire bouge.

« Nous observons les écarts dans l'heure d'arrivée causés par le changement de distance entre la masse que nous observons et la ligne de visée de notre pulsar « horloge ».

Une masse de la taille du Soleil peut produire un retard d'environ 10 microsecondes. Les observations du professeur LoSecco ont des résolutions de l'ordre de la nanoseconde, soit 10 000 fois plus petites.

« L’une des découvertes suggère une distorsion d’environ 20 % de la masse du Soleil », a déclaré le professeur LoSecco. « Cet objet pourrait être un candidat à la matière noire. »

Amélioration de l'échantillon de données de synchronisation des pulsars

Il a également confirmé que l'un des effets secondaires de cette recherche est qu'elle améliore l'échantillon de données de chronométrage des pulsars. Cet échantillon de précision a été collecté pour rechercher des preuves de rayonnement gravitationnel à basse fréquence.

Les objets de matière noire ajoutent du « bruit » à ces données. Par conséquent, les identifier et les supprimer permettra de nettoyer les échantillons d’une certaine variabilité, éliminant ainsi ce bruit lors d’autres recherches de rayonnement gravitationnel.

Faire la lumière sur la matière noire

« La véritable nature de la matière noire est un mystère », a déclaré le professeur LoSecco. « Cette recherche jette un nouvel éclairage sur la nature de la matière noire et sa distribution dans l’Univers. voie Lactée et peut également améliorer la précision des données de précision des pulsars. »