La matière noire a deux propriétés centrales : elle a une masse semblable à celle de la matière ordinaire et, contrairement à la matière ordinaire, elle réagit faiblement, voire pas du tout, avec la lumière. Les neutrinos satisfont à ces deux critères, mais ils se déplacent dans l’espace presque à la vitesse de la lumière, ce qui en fait une forme de matière noire chaude. Les observations dont nous disposons suggèrent que la matière noire est froide.
Il n’y a pas non plus assez de neutrinos pour représenter toute la matière noire, nous savons donc que la matière noire n’est pas constituée de neutrinos. Aucune autre particule connue ne répond à ces critères, nous n’avons donc aucune idée de ce qui pourrait constituer la matière noire. Faites signe aux physiciens théoriciens.
L’une des idées théoriques les plus populaires est que la matière noire est constituée de particules massives à faible interaction (WIMP). Il existe différentes versions de WIMP, mais l’idée de base est qu’il s’agit de particules beaucoup trop massives pour être observées dans les accélérateurs de particules dont nous disposons actuellement. L’une des conséquences des WIMP est qu’elles se désintégreraient – soit spontanément, soit par interactions mutuelles – en particules moins massives que nous observons actuellement.
Pour cette raison, plusieurs recherches ont été menées sur les émissions de matière noire, telles que les rayons gamma. L’idée est que lorsque la matière noire entre en collision, cela pourrait créer une cascade de particules de haute énergie et de lumière. Les preuves de cela ont été, au mieux, faibles jusqu'à présent et n'atteignent pas le niveau de preuve claire. Si la matière noire interagit, elle n’interagit pas fortement et n’émet pas de lumière significative.
Mais une étude récente examine les particules de désintégration WIMP d’une manière différente. L'étude est publiée dans la revue Lettres de physique B.
Plutôt que de détecter directement les particules de désintégration à haute énergie, les auteurs calculent comment la lumière de fond interagirait avec ces particules. Ils ont découvert qu’il pourrait y avoir des interactions affectant de manière mesurable la lumière provenant de galaxies lointaines.
L’équipe a calculé les sections efficaces de diffusion théoriques pour deux cas de matière noire : un cas dans lequel la matière noire interagit uniquement par gravité et un cas dans lequel les collisions de particules de matière noire produisent des particules secondaires. Ils ont constaté que dans le premier cas, les photons de faible énergie ont tendance à se diffuser davantage vers l’avant, tandis que dans le second cas, les photons ont tendance à rétrodiffuser plus souvent.
Cela signifie que si la matière noire est purement gravitationnelle, alors la lumière qui la traverse recevrait globalement un tout petit peu d'énergie supplémentaire, la déviant légèrement vers le bleu. Si la matière noire interagit faiblement, la lumière qui la traverse perd un peu d’énergie et apparaît légèrement plus rouge.
Il faut souligner que cet effet colorant est très infime. Il est beaucoup trop petit pour permettre des modèles cosmologiques alternatifs tels que la lumière fatiguée. Mais l’effet pourrait être suffisamment important pour que nous puissions l’observer. Par exemple, les auteurs ont comparé leurs modèles avec les observations Fermi-LAT du centre galactique de la Voie lactée.
Ils ont constaté que l’un ou l’autre modèle s’inscrit dans les incertitudes des observations dont nous disposons. De meilleures observations des rayons gamma de haute énergie depuis le centre de notre galaxie pourraient confirmer ou infirmer le modèle.
La matière noire reste une énigme profonde de la cosmologie, il est donc bon de continuer à chercher de nouvelles idées. Peut-être que la découverte que nous recherchions prouvera que nous voyons l’univers à travers des lunettes roses.
