Une étrange lumière ultraviolette observée à travers la Voie lactée pourrait provenir de la destruction de pépites de matière noire, la matière mystérieuse qui représente environ un quart de la matière et de l'énergie de l'univers.
La lumière pourrait provenir d’un type de matière noire appelée pépites de quarks axions, suggèrent les chercheurs dans un article soumis à arXiv.org. Ce type de matière noire – s’il existe – se présenterait à la fois sous la forme de matière et d’antimatière, ce qui lui permettrait de produire une lueur ultraviolette que les autres particules de matière noire ne peuvent pas gérer.
Théorisées pour la première fois en 2003, les pépites de quarks axions sont constituées de faisceaux de particules fondamentales ordinaires et d'une variété théorique connue sous le nom d'axions, qui sont très légères et non chargées. Ces pépites sont incroyablement denses, regroupant la masse d’une balle de golf en une touffe d’à peine un micromètre de diamètre, soit plus petite que la largeur d’un cheveu humain.
Contrairement à d'autres formes de matière noire, disent les chercheurs, les axions permettent à certaines de ces pépites sombres d'être constituées d'antimatière, une classe jumelle de particules identiques à la matière ordinaire mais avec une charge électrique opposée. Lorsqu’une particule de matière rencontre une particule correspondante d’antimatière, les deux se détruisent mutuellement et convertissent toute leur énergie en lumière. Cela pourrait également se produire avec les pépites de matière noire.
« Si de la matière ordinaire entre en collision avec ces antipépites, elles peuvent s'annihiler et rayonner de l'énergie », explique Michael Sekatchev, co-auteur de l'étude, astrophysicien à l'Université de Californie à Berkeley. « Et c'est la lueur. »
La lueur observée à travers la Voie lactée est un léger excès de lumière ultraviolette lointaine, plus que ce que pourraient expliquer toutes les étoiles, gaz et poussières connus dans la galaxie. Les astronomes ont remarqué ce surplus pour la première fois dans les années 2010 et, au fil des années, les chercheurs ont déterminé que la lumière – qui possède les longueurs d’onde les plus courtes dans la partie ultraviolette du spectre électromagnétique – devait provenir de quelque part au-delà du système solaire. Mais ils ne pouvaient pas expliquer de manière satisfaisante ce qui émettait la lumière.
Les principales explications incluent différents types théoriques de matière noire constituée de particules exotiques. Mais aucune de ces particules hypothétiques ne correspond aux preuves.
Pour vérifier si une collision entre des antipépites et de la matière ordinaire pourrait produire la mystérieuse lumière ultraviolette lointaine, Sekatchev et ses collègues ont étudié les simulations informatiques existantes de la Voie lactée. En utilisant la distribution du gaz et de la matière noire dans les régions tests de la galaxie simulée, l’équipe a calculé la quantité de lumière ultraviolette lointaine qui serait émise par les pépites de quarks axions, en fonction de leurs propriétés théoriques. Les résultats correspondent aux quantités de lumière ultraviolette extra lointaine vues par des vaisseaux spatiaux comme le Galaxy Evolution Explorer et New Horizons.
Les résultats sont préliminaires, note l'astrophysicien théoricien James Overduin de l'Université de Towson dans le Maryland. « Mais je pense que les auteurs ont montré de manière convaincante que les pépites de quarks axions peuvent expliquer une partie autrement inexplicable du fond galactique diffus », dit-il. « Je ne connais aucun autre candidat à la matière noire pour lequel on puisse dire cela. »
D'autres tests et observations sont nécessaires pour voir si la nouvelle théorie tient la route. Mais si la lumière ultraviolette est effectivement causée par des pépites de matière noire, cette découverte aiderait les scientifiques à mieux comprendre la matière noire et d'autres mystères de la physique et de l'astronomie, comme par exemple pourquoi il y a tellement plus de matière que d'antimatière dans l'univers.
