Un rayonnement gamma inexpliqué provenant des confins de la Voie lactée pourrait être produit par des particules de matière noire auto-annihilées – mais l'idée nécessite des recherches plus approfondies.
Un mystérieux rayonnement provenant de la partie externe de la Voie Lactée pourrait être un signe de matière noire
Une lueur inexpliquée qui semble émaner des régions extérieures de la Voie lactée pourrait être notre premier indice sur la composition de la matière noire, mais les astronomes disent qu'il est trop tôt pour en être sûr.
On pense que la matière noire représente 85 % de la masse totale de l’univers, mais les physiciens n’ont jamais été capables de détecter les particules qui la constituent.
L’un des principaux candidats à la matière noire est un objet fantomatique appelé particule massive à faible interaction (WIMP). Ces particules hypothétiques sont extrêmement difficiles à détecter car elles interagissent si rarement avec la matière ordinaire, mais les théoriciens prédisent qu'elles devraient occasionnellement s'auto-annihiler, disparaître et produire un éclair de rayonnement de haute énergie sous forme de rayons gamma.
Si la matière noire est distribuée dans toute notre galaxie, comme le suggère son attraction gravitationnelle, et qu'elle est également composée de WIMP, alors nous devrions voir une lueur des WIMP s'auto-annihiler. Les astronomes débattent depuis plus d’une décennie pour savoir si un étrange excès de rayonnement gamma provenant du centre de notre galaxie pourrait être ce signal, mais les preuves ne sont toujours pas concluantes.
Aujourd'hui, Tomonori Totani de l'Université de Tokyo affirme qu'il a peut-être détecté un tel signal provenant de la partie externe de la Voie lactée, connue sous le nom de halo, en utilisant 15 années d'observations du télescope spatial Fermi Gamma-ray de la NASA.
Totani a été le premier à produire un modèle de la quantité de rayonnement gamma qui devrait exister dans cette région, sur la base de sources connues, telles que les étoiles, les rayons cosmiques et les grosses bulles de rayonnement observées au-dessus et au-dessous de la Voie lactée. Ensuite, il a soustrait ce rayonnement de la quantité vue par le télescope Fermi, découvrant qu'il restait une lueur de rayon gamma avec une énergie d'environ 20 gigaélectrons volts.
Un signal de rayon gamma avec cette énergie correspond à ce qui pourrait provenir d'une particule s'auto-annihilant dans la plage d'énergie que devraient avoir les WIMP, explique Totani. S’il admet qu’il est trop tôt pour conclure définitivement que le pic de rayons gamma provient de la matière noire, il affirme que ce signal est « le rayonnement candidat le plus prometteur connu à ce jour ».
« Même si la recherche a commencé dans le but de détecter des signaux de matière noire, je pensais que c'était comme jouer à la loterie. Alors, quand j'ai repéré pour la première fois ce qui ressemblait à un signal, j'étais sceptique », explique Totoni. « Mais quand j'ai pris le temps de le vérifier méticuleusement et que j'ai eu la certitude que c'était correct, j'ai eu la chair de poule. »
« C'est un résultat qui mérite certainement une étude plus approfondie, mais il serait prématuré de tirer des conclusions définitives maintenant », déclare Francesca Calore du Centre national de la recherche scientifique d'Annecy. Il est difficile de créer avec précision un modèle de toutes les sources de rayons gamma de la Voie lactée autres que la matière noire, dit-elle, et Totoni n'a pas testé de manière approfondie les modèles.
Silvia Manconi de l'Université de la Sorbonne en France convient que les résultats n'ont pas été testés de manière exhaustive et que nous aurions besoin de modèles plus sophistiqués pour vraiment dire si le signal est réel. De plus, nous n'avons pas vu de tels signaux de rayons gamma provenant d'autres sources où nous aurions dû les avoir, comme les galaxies naines, dit-elle, de sorte que cet écart devrait être expliqué.
Nous aurions besoin d'examiner de nombreuses autres sources de rayonnement, telles que les ondes radio et les neutrinos, pour être sûrs que les rayons gamma ne proviennent pas d'autre chose, explique Anthony Brown de l'Université de Durham, au Royaume-Uni. « Il ne s’agit que d’un seul angle de vue », dit-il. « La matière noire a vraiment besoin d'autant de données de haute qualité que possible. »
