© Université d'Adélaïde – Les photons sombres pourraient être des candidats à l'insaisissable matière noire qui compose la matière à 80 %.
Et si la lumière existait également sous une autre forme, une “lumière sombre” qui composerait la fameuse matière noire traquée par les physiciens depuis 50 ans ? Cette hypothèse revient après avoir été écartée pour de mauvaises raisons selon une publication récente dans Physical Review Letters.
Le constat est sans appel : la matière visible – celle qui compose les planètes, les étoiles et nous-mêmes – est terriblement insuffisante pour expliquer la dynamique du cosmos. Dès les années 1970, l’observation des courbes de rotation des galaxies a mis le feu aux poudres. Au lieu de ralentir à mesure qu'on s'éloigne du centre galactique, la vitesse périphérique des étoiles reste étonnamment stable.
Au niveau des galaxies entre elles, d'autres observations conduisent inévitablement vers la nécessité qu'une matière invisible joue un rôle majeur.
L'amas de la balle est considéré comme une des meilleures preuves visuelles de l'existence de la matière noire, en effet, le ralentissement des gaz et étoiles de ces galaxies ne s'explique pas par la seule matière visible.© Nasa (Chandra)
L'amas de la balle est considéré comme une des meilleures preuves visuelles de l'existence de la matière noire, en effet, le ralentissement des gaz et étoiles de ces galaxies ne s'explique pas par la seule matière visible.
Bref, notre “modèle standard” de la cosmologie, par ailleurs ultra efficace pour décrire l'Univers observable, a un besoin fondamental de cette mystérieuse matière noire.
Parmi les candidats pour expliquer cette matière invisible, l'idée des “photons noirs” a longtemps séduit avant d'être quasiment rayée de la carte. Le concept ? Ces particules agiraient comme des messagers dans le secteur sombre, à l'image des photons classiques pour l'électromagnétisme.
Le consensus scientifique prédisait un désastre cosmologique : dans le plasma dense de l'univers primordial, ces photons noirs auraient dû se convertir massivement en photons ordinaires, provoquant un réchauffement thermique incompatible avec nos mesures actuelles du fond diffus cosmologique.
Ce que nous avons réalisé, c'est qu'en convertissant l'énergie dans le plasma du modèle standard, le plasma devient vraiment fou !
C’est ici que des travaux récents publiés changent la donne. Les simulations numériques montrent que nous avions mal modélisé le comportement de ce plasma. Comme l'explique Anson Hook, chercheur à l'université du Maryland, les contraintes d'exclusion précédentes supposaient une force d'interaction bien trop faible, jusqu'à 10⁸ fois inférieure à ce qui est physiquement possible. En somme, nous avons exclu ces particules sur la base d'une erreur d'appréciation sur leur capacité d'interaction.
Bien sûr, ce papier ne démontre pas l'existence des photons sombres : il ne fait que les repositionner comme candidats possibles.
En validant que les photons noirs sont physiquement possibles dans des zones de paramètres jusqu'ici délaissées, cette étude nous rappelle que la physique théorique ne ferme jamais les portes définitivement. La traque continue, et si les photons noirs ne sont sans doute pas la solution unique au puzzle de la matière noire, ils offrent désormais une piste sérieuse de plus à explorer.
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