Le Dr Sukanya Chakrabarti, la chaise dotée de Pei-Ling Chan au College of Science de l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH), et son équipe a publié un nouveau journal sur le arxiv Préimpression du serveur qui utilise pour la première fois des pulsars binaires et solitaires pour limiter les propriétés d'un sub-halo de la matière noire dans notre propre galaxie.
Les sous-halos sont de plus petits touffes de matière noire qui résident dans un halo de matière noire plus grande – des régions de matière invisible entourant les galaxies et les grappes de galaxies connues uniquement par leurs effets gravitationnels.
« Imaginez la galaxie comme un cupcake, et les sous-halos de la matière noire sont comme des pépites de chocolat sur le cupcake », explique Chakrabarti. « La galaxie – sans les pépites de chocolat – est assez fluide. Les sous-halos de matière noire contribuent à un signal supplémentaire au-dessus du composant galactique lisse que nous pouvons désormais détecter. »
La recherche s'appuie sur des travaux antérieurs à l'UAH, une partie du système de l'Université de l'Alabama, contribuant à déterminer la quantité de cette substance mystérieuse à la Voie lactée et où elle se trouve.
« Notre objectif central dans l'utilisation des accélérations pulsar était toujours de comprendre la nature de la matière noire. Ces sous-halos sombres sont la lynchpin des modèles de matière noire, et nous pensons maintenant que nous avons un moyen de les trouver », note le chercheur. « Notre détermination de la masse de ce sous-halo de la matière noire est beaucoup plus précise que toute méthode précédente. »
Les halos de la matière noire – qui sont la structure sous-jacente sur laquelle les galaxies sont construites – sont importantes pour comprendre la formation et l'évolution des galaxies. La théorie actuelle de la formation de la structure dans l'univers prédit que les sous-halos de la matière noire devraient être abondants dans des galaxies comme la Voie lactée, mais les trouver s'est avérée difficile.
« Notre localisation est désormais assez bonne dans les trois coordonnées, et les futures mesures d'accélération amélioreront encore plus la signification de la masse », a déclaré Chakrabarti. « En tout cas, c'est encore plus précis que tout ce qui a été fait auparavant. »
La «localisation» fait référence à l'identification des régions spécifiques dans une structure plus grande où les effets de matière noire sont plus prononcés. Le concept est crucial pour distinguer les interactions potentielles de la matière noire du bruit de fond et comprendre comment la matière noire interagit avec la matière régulière et façonne l'univers.
Selon l'étude, ces caractéristiques sont obtenues par « analyse, pour la première fois, la puissance excessive, corrélée dans le champ d'accélération des pulsars binaires », un phénomène où les accélérations observées présentent un modèle qui s'écarte de ce qui est attendu sur la base de la gravité newtonienne et des sources astrrophysiques connues.
« L'énergie« excès »est essentiellement les pépites de chocolat – les sous-halos – qui se démarquent du cupcake», explique le chercheur. « Par le pouvoir, nous faisons référence au signal d'accélération – les sous-halos de matière noire contribuent à un signal supplémentaire au-dessus du composant galactique lisse que nous pouvons désormais détecter.
« Par« corrélé », ce que nous voulons dire, c'est que le signal a été vécu par des paires de pulsars. Il s'agit d'une exigence plus stricte que de nécessiter qu'un signal excédent est vécu par un seul pulsar.
Faire progresser ce type de recherche dépend de la disponibilité de données précises d'accélération binaire du pulsar.
« Dans notre tout premier travail en 2021, nous n'avions pas assez de pulsars pour le faire – nous ne pouvions mesurer la composante fluide du potentiel », explique Chakrabarti. Les composants lisses dans une galaxie présentent une distribution relativement uniforme et diffuse des étoiles et du gaz, présentant une distribution largement non perturbée de la matière noire dans le halo d'une galaxie.
« Mais à mesure que notre échantillon continuait de croître, il est devenu clair que très bientôt, nous serions en mesure de mesurer directement ces amas de matière noire. Comme nous obtenons des observations plus sensibles à l'avenir, nous serons également en mesure de faire cette analyse pour trouver des sous-halos de la matière noire bien au-delà du quartier solaire », dit le chercheur. « En fin de compte, ces futures observations nous permettra de discriminer entre les modèles de matière noire. »
La caractérisation de la sous-structure est la clé de la compréhension et, finalement, épingle la nature de la matière noire, car les différents modèles diffèrent dans la façon dont ces amas sont distribués. De telles avancées tiennent la promesse de supplanter d'autres modèles de matière noire.
En regardant vers l'avenir, Chakrabarti et ses collègues ont démontré que cette œuvre est une étape importante vers enfin illuminant l'un des grands mystères de l'univers.
« Je pense que la prochaine étape consiste à augmenter nos échantillons d'accéléromètres précis afin que nous puissions obtenir plus de détections – qui sont également plus précises – de sous-halos de matière noire », dit-elle. « Cela nous permettra en fin de compte de faire clairement une discrimination entre les modèles de matière noire et de déterminer la nature de la matière noire, qui est l'un des problèmes exceptionnels en astronomie et qui a été au cours du siècle dernier. »
