Selon une nouvelle étude, la matière noire, ce qui est supposé représenter environ un quart de l'univers mais qui ne semble pas du tout interagir avec la lumière, pourrait avoir une minuscule charge électrique.
Jusqu'à présent, la matière noire n'a fait connaître sa présence que par gravité, en tirant sur les étoiles et les galaxies. Mais maintenant, les astrophysiciens Julian Muñoz et Abraham Loeb de l'Université de Harvard suggèrent qu'une petite fraction de particules de matière noire pourrait avoir une minuscule charge électrique - ce qui signifie que la matière noire pourrait interagir avec la matière normale par la force électromagnétique.
Si elle était vraie, cette idée représenterait non seulement un grand pas dans la compréhension de la matière noire, mais expliquerait également un mystère récent qui a confondu les cosmologistes.
Refroidissement curieux
En février, les astronomes ont annoncé la première détection d'un signal insaisissable provenant de l'hydrogène gazeux de l'aube cosmique, la période d'environ 180 millions d'années après le Big Bang lorsque les premières étoiles ont commencé à briller. À cette époque, l'hydrogène gazeux flottant entre les étoiles était plus froid que le fond cosmique des micro-ondes, le rayonnement résiduel du Big Bang qui baigne l'univers.
Parce que l'hydrogène est plus froid que cette rémanence, le gaz absorbe le rayonnement - en particulier, le rayonnement d'une longueur d'onde de 21 centimètres (8,3 pouces). En mesurant l'absorption du rayonnement par l'hydrogène, les astronomes peuvent mieux comprendre l'aube cosmique, une époque relativement inconnue de l'histoire cosmique. À l'aide d'une antenne radio en Australie occidentale appelée l'expérience pour détecter l'époque mondiale de la signature de la réionisation (EDGES), une équipe d'astronomes a pu détecter cette absorption pour la première fois.
"C'est, en soi, une découverte scientifique incroyable", a déclaré Muñoz à Live Science. Mais plus que cela, a-t-il ajouté, les astronomes ont découvert que l'hydrogène absorbait deux fois plus de photons que prévu. Pour que le gaz absorbe autant de rayonnement, il devrait être encore plus froid que les scientifiques ne le pensaient.
Muñoz et Loeb ont proposé que la matière noire soit la cause du curieux refroidissement. Dans un article publié le 30 mai dans la revue Nature, ils ont constaté que si moins de 1% de la matière noire avait environ un millionième de la charge électrique d'un électron, alors cette matière insaisissable pourrait tirer la chaleur de l'hydrogène - semblable à la façon dont des glaçons refroidissent votre limonade. "La glace, ici, est la matière noire", a expliqué Muñoz.
Leur idée n'est pas complètement nouvelle. Il y a des décennies, les physiciens ont proposé que les particules de matière noire puissent avoir une charge électrique.
Et ce n'est pas la seule explication de ce refroidissement. Dans un article du 1er mars dans la revue Nature, Rennan Barkana, cosmologiste à l'Université de Tel Aviv en Israël, a proposé qu'une forme plus générale de matière noire, qui n'a pas nécessairement de charge, pourrait refroidir la matière normale et expliquer les données EDGES .
Les deux propositions sur la matière noire font des prévisions similaires, a déclaré Barkana, qui n'était pas impliqué dans la présente étude.
"C'est le moment de l'optimisme prudent et de garder l'esprit ouvert, à la fois pour l'observation radio et l'interprétation", a déclaré Barkana à Live Science.
Des dizaines d'idées
La matière noire n'est qu'une des dizaines d'idées proposées pour expliquer l'anomalie. Par exemple, au lieu que le gaz soit plus froid, le rayonnement de fond peut être plus chaud que prévu, avec un processus exotique produisant plus de rayonnement qui n'a pas encore été pris en compte. Ou, il pourrait simplement y avoir des erreurs dans l'analyse ou la mesure.
En effet, l'observation EDGES est la première du genre, et bien que l'équipe ait passé deux ans à vérifier et à revérifier l'analyse, les chercheurs auront besoin de plus de données pour confirmer les résultats déroutants.
"Si EDGES est correct, je ne pense pas qu'il existe une explication conventionnelle convaincante", a déclaré Steven Furlanetto, astrophysicien à l'Université de Californie à Los Angeles, qui n'était pas impliqué dans l'étude. "Vous devez vraiment aller à l'un de ces scénarios de physique non standard, et dans ce cas, je pense qu'il est grand ouvert."
Muñoz, cependant, est partisan de l'explication de la matière noire. "Si EDGES a effectivement raison, il semble très difficile que cela ne soit pas le résultat de la matière noire", a-t-il déclaré.
Plusieurs instruments dans le monde se préparent déjà à faire des observations plus détaillées. Contrairement à EDGES, certaines expériences, comme un radiotélescope en Afrique du Sud appelé Hydrogen Epoch of Reionization Array, seront en mesure de mesurer la variation de l'absorption dans le ciel. Si une petite fraction de matière noire est chargée électriquement comme le disent Muñoz et Loeb, cela créera un motif distinct dans cette variation - fournissant un test clé pour la matière noire chargée électriquement.
