La matière noire est un type de matière insaisissable qui n'émet, absorbe ou ne reflète pas la lumière et est donc impossible à détecter en utilisant des techniques conventionnelles utilisées en physique des particules. Ces dernières années, des groupes de physiciens du monde entier ont essayé d'observer cette question indirectement en utilisant des détecteurs et des équipements avancés, en détectant des signaux autres que le rayonnement électromagnétique qui pourrait être lié à son activité ou à ses interactions avec d'autres questions.
Researchers at Tokyo Metropolitan University, PhotoCross Co. Ltd, Kyoto Sangyo University and other collaborating institutions recently released the findings of the first search for dark matter that relied on data collected by WINERED, a near-infrared and high-dispersion spectrograph mounted on a large télescope au Chili.
Leur article, publié dans Lettres d'examen physiquedéfinit les contraintes les plus strictes à ce jour sur la durée de vie des particules de matière noire avec des masses comprises entre 1,8 et 2,7 eV.
« Notre article récent s'appuie sur nos travaux antérieurs publiés dans Revue physique Doù nous avons d'abord mis en évidence le rôle pivot des spectrographes infrarouges de pointe – tels que Nirspec sur le télescope spatial James Webb et Winkered on the Magellan Telescope – dans la recherche de la matière noire « , Wen Yin, premier auteur de la Paper, a dit Issues.fr.
« L'idée a pris forme lors d'une visite avec mon vieil ami Taiki qui a quitté le monde universitaire. Au cours de cette visite, Taiki Bessho m'a présenté l'instrument à naissance et m'a connecté à Yuji Ikeda, ingénieur et astronome dont l'expertise s'est avérée essentielle. »
Yin travaillait sur les théories de la matière noire et essayait d'identifier des moyens efficaces de le détecter depuis un certain temps. La visite de son collègue Bessho et son lien ultérieur avec Ikeda ont ainsi déclenché d'importantes discussions qui ont conduit à leur collaboration sur divers projets de recherche, ce qui a finalement conduit à cette étude.
Le récent article de Yin et de ses collègues est le résultat de plusieurs années de recherche impliquant à la fois des théoriciens de la physique des particules et des experts en instruments avancés. Son objectif principal était de rechercher la matière noire en utilisant le spectrographe à dispersion à haute tension monté sur l'un des télescopes Magellan au Chili.
Les télescopes Magellan sont deux télescopes optiques avec des miroirs de 6,5 mètres, qui est situé à l'Observatoire de Las Campanas dans le désert chilien de l'Atacama. Le spectrographe Winkered, monté sur l'un de ces télescopes, a permis aux chercheurs de rechercher les lignes spectrales extrêmement étroites prévues de se produire lorsque les particules de matière noire se décomposent dans les photons.
« Notre stratégie s'est concentrée sur les galaxies sphéroïdales naines, qui sont considérées comme de la matière noire – riches et devraient présenter des caractéristiques spectrales très étroites », a expliqué Yin. « Pour une analogie, considérez comment un prisme disperse la lumière blanche dans les couleurs de ses composants: à mesure que la lumière de fond continue se propage sur de nombreuses longueurs d'onde, son intensité à une seule longueur d'onde diminue, alors qu'une ligne d'émission étroite reste concentrée.
« Ainsi, en atteignant une résolution spectrale très élevée, nous pouvons supprimer efficacement le fond dispersé et isoler tout signal de matière noire étroite. »
Pour améliorer davantage la précision de leur recherche, les chercheurs ont également utilisé une technique connue sous le nom de hochement de tête, ce qui leur a permis de soustraire le fond du ciel brillant des données recueillies par le télescope avec le spectrographe à naissances monté dessus. De plus, ils ont corrigé pour les décalages Doppler dans les données en combinant des données à partir de plusieurs cibles, car cela leur permettrait d'isoler tout signal de matière noire possible détecté à partir d'autres signaux provenant de la Terre.
« Notre étude a établi des limites inférieures plus strictes sur la durée de vie des particules de matière noire que celles fixées par des expériences précédentes dans la plage de masse pertinente », a déclaré Yin. « Remarquablement, avec environ quatre heures d'observation, nous avons démontré que la spectroscopie infrarouge à haute résolution peut atteindre la sensibilité nécessaire pour sonder la plage de masse EV, validant ainsi notre proposition antérieure publiée dans Revue physique D.
« Cela défie non seulement et affine les modèles théoriques existants de désintégration de la matière noire, mais ouvre également une nouvelle avenue observationnelle qui peut être appliquée à d'autres télescopes, comme le télescope Subaru – et des cibles supplémentaires à l'avenir. »
Bien que Yin et ses collègues n'observent aucun signal définitif qui pouvait être associé à la décroissance des particules de matière noire en photons, ils ont pu définir de nouvelles contraintes sur les durées de vie de la matière noire dans la plage de masse de 1,8 à 2,7 eV. Comme ils ont observé certains excès dans les données recueillies par WINERED, ils prévoient maintenant d'effectuer des analyses supplémentaires pour déterminer si elles pourraient être liées à un éventuel signal de matière noire.
De plus, les chercheurs prévoient de continuer à explorer les progrès technologiques possibles qui pourraient contribuer à la détection des signaux liés à la matière noire. Plus précisément, ils croient que le développement de nouveaux spectrographes particulièrement adaptés aux recherches de matière noire pourrait jouer un rôle clé dans l'observation future de ces signaux.
« En fait, dans un autre article publié l'année dernière, Taiki, Yuji, et j'ai proposé un nouveau design de spectrographe adapté à la détection de la matière noire », a ajouté Yin. « L'idée clé est de détendre les exigences de résolution spatiale – qui ne sont pas aussi essentielles pour les recherches de matière noire – permettant à l'instrument d'être installé sur un télescope à petite hauteur moins compétitif, tout en obtenant une sensibilité comparable à celle de Winred @ Magellan pour Détection de matière noire dans des conditions d'observation identiques.
« Si elle est réalisée, cette approche pourrait obtenir beaucoup plus de temps d'observation et donner accès à une gamme plus large de cibles, améliorant ainsi nos capacités de recherche de matière noire. »
