La matière noire pourrait être constituée de photons sombres ultra-légers qui ont chauffé notre Univers. Pour ça
Quelle est la particularité de la nouvelle hypothèse ?
La particularité de la nouvelle hypothèse est qu'elleconcorde parfaitement avec les observations faites par le spectrographe d'origine cosmique (COS) à bord du télescope spatial Hubble. Il étudie la « toile cosmique », la toile complexe et clairsemée de filaments entre les galaxies qui remplit le cosmos.
Quelles données le spectrographe a-t-il recueillies ?
Les filaments intergalactiques cosmiques sont plus chauds que prévu par les simulations hydrodynamiques du modèle de formation de structure standard, selon les données recueillies par COS.
Une projection bidimensionnelle de la toile cosmique, obtenue grâce à une simulation sur un superordinateur.
Crédit : Dr Ewald Puchwein et la collaboration Sherwood-Relics
Parce que les photons noirs peuvent théoriquementêtre convertis en photons à basse fréquence et en chaleur des structures cosmiques, ils complètent de nouvelles informations expérimentales, expliquent les auteurs de l'étude. Elle a été menée par le personnel de SISSA en collaboration avec des chercheurs des universités de Tel Aviv, Nottingham et New York.
Que sont les photons noirs ?
Les photons noirs sont une nouvelle hypothèseparticules élémentaires. Ils sont considérés comme porteurs d'une nouvelle interaction fondamentale, un "médiateur" entre la matière ordinaire et la matière noire. Selon l'hypothèse, ils interagissent justement grâce à ces particules.
De même, les photons sont les porteurs de force pourélectromagnétisme. Cependant, contrairement à eux, les photons noirs peuvent avoir une masse. En particulier, le photon noir ultra-léger - avec une masse inférieure de seulement vingt ordres de grandeur à la masse d'un électron - est un bon candidat pour le rôle de matière noire.
Une idée d'artiste du mouvement des photons. Crédit : Robert Couse-Baker
Toute nouvelleune force de la nature qui surgit dans le cadre d'une extension théorique du Modèle Standard et se comporte comme une interaction électromagnétique. Souvent, dans de tels modèles, il existe un photon noir instable ou de masse non nulle. Il se désintègre rapidement en d'autres particules, telles que des paires électron-positon. De plus, le photon noir, selon l'hypothèse, est capable d'interagir directement avec des particules connues, telles que des électrons ou des muons. Mais seulement si ces particules portent une charge associée à la nouvelle interaction ci-dessus.
Comment les photons noirs sont-ils liés à la toile cosmique ?
On s'attend également à ce que les photons sombres et ordinairesse mélangeront comme différents types de neutrinos. Cela leur permettra d'être convertis en photons basse fréquence. À leur tour, ils chaufferont la toile cosmique. Cependant, contrairement à d'autres mécanismes de chauffage basés sur des processus astrophysiques, tels que la formation d'étoiles et les vents galactiques, ce processus est plus diffus et efficace même dans les régions de l'espace à faible densité.
élément manquant
Généralement, les astrophysiciens utilisaient des fils cosmiques,pour explorer les propriétés à petite échelle de la matière noire. Cependant, dans la nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé pour la première fois les données du milieu intergalactique à faible redshift comme calorimètre. L’objectif est de tester si tous les processus de chauffage observés précédemment par les astronomes sont suffisants pour reproduire les données obtenues au COS.
l'un des amas de galaxies les plus massifs connus, RX J1347.5–1145, dont le centre est visible ici dans un "trou" sombre dans les observations d'ALMA. Source : ALMA, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
La théorie de la relativité d'Einstein affirme queUne horloge située plus près d’un grand corps (comme la Terre) fonctionnera plus lentement qu’une horloge située plus loin, comme dans l’espace. Ce phénomène, connu sous le nom de redshift gravitationnel, a déjà été confirmé par des chercheurs.
Au final, ils ont découvert que ce n'était pas le cas : il manquait un élément. Par conséquent, les scientifiques ont suggéré que tout est dans les photons noirs.
Et ensuite?
Dans une nouvelle étude, des physiciens ont déterminémasse et mélange d'un photon noir avec un photon du Modèle Standard. Il est nécessaire d'éliminer les incohérences entre les observations et les simulations. À l'avenir, cette expérience conduira à d'autres études théoriques et observationnelles pour explorer la possibilité qu'un photon noir puisse constituer de la matière noire.
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