Un mystérieux excès de rayons gamma au milieu de la Voie lactée pourrait provenir de particules de matière noire qui s'écrasent les unes sur les autres et s'annihilent.
Les rayons gamma apparaissent en concentrations étonnamment élevées au centre de la Voie lactée
Le centre de notre galaxie se comporte étrangement, et cela pourrait être dû à la matière noire. En 2009, les observations du télescope spatial Fermi Gamma-ray ont révélé une concentration étonnamment élevée de rayons gamma provenant du milieu de la Voie lactée, un phénomène qui a été surnommé l'excès de rayons gamma du centre galactique (GCE). Aujourd’hui, des simulations suggèrent que ces rayons gamma pourraient provenir de l’annihilation de particules de matière noire.
Le débat sur les causes possibles de la CME fait rage depuis sa première découverte, avec deux explications principales émergeant au fil des années. La première est que cela pourrait provenir d’une population encore inobservée de pulsars, qui sont des étoiles à neutrons en rotation rapide qui émettent des faisceaux de rayonnement puissant.
La deuxième explication est que cela pourrait provenir de particules massives à faible interaction (WIMP), qui ont longtemps été les principaux candidats à la composition de la matière noire. Ces particules interagiraient à peine avec les particules de matière ordinaire, mais si deux d’entre elles se heurtaient, elles s’annihileraient et créeraient une explosion de rayons gamma.
Ces dernières années, l’explication de la matière noire est tombée en disgrâce, en partie parce que les recherches directes de WIMP n’ont rien donné. « Compte tenu du manque de preuves directes de l'existence de la matière noire, malgré des recherches très sensibles, une charge de preuve plus élevée est exigée pour l'interprétation de la matière noire », explique Jeff Grube du King's College de Londres.
L’autre raison pour laquelle cette interprétation est passée au second plan est que nous nous attendrions à ce que la matière noire au centre de la galaxie prenne une forme sphérique, et que le GCE n’est pas sphérique, mais plutôt aplati au milieu. Cependant, de nouvelles simulations réalisées par Joseph Silk de l'Université Johns Hopkins dans le Maryland et ses collègues indiquent que cela pourrait ne pas être un problème après tout.
Ces simulations ont pris en compte l’histoire de la Voie lactée de manière plus détaillée que les recherches précédentes sur le GCE. « Nous savons qu'il y a des milliards d'années, notre galaxie a fusionné avec un certain nombre de galaxies plus petites, qui ont apporté avec elles leur matière noire », explique Silk. « Une conséquence de cette histoire est que personne sensé ne s'attendrait à ce que le centre de la galaxie soit à symétrie sphérique. »
Les résultats l’ont confirmé, donnant une distribution écrasée de matière noire qui correspondait à la forme du GCE. Cela remet l’interprétation de la matière noire sur la table. Mais le mystère n’est pas encore résolu : les pulsars restent également une explication viable. «Au mieux, cela laisse la situation ambiguë», estime Grube.
Les observatoires de rayons gamma dont nous disposons actuellement ne sont pas assez puissants pour faire la distinction entre les deux explications, mais nous devrions pouvoir faire le tri avec l'observatoire Cherenkov Telescope Array, qui est en construction aux îles Canaries et au Chili et devrait commencer ses observations en 2026.
« Dans un certain sens, il y a 50 % de chances que nous ayons découvert de la matière noire en quantités énormes, mais il faudra un nouveau télescope pour résoudre ce problème », explique Silk. Si le GCE est dû à la matière noire, il constituera la meilleure opportunité que nous ayons jamais eue de comprendre cette matière étrange et énigmatique qui maintient la cohésion du cosmos.
