De nouvelles contraintes sur la présence de matière noire légère dans la Voie Lactée

La matière noire, composée de particules qui ne réfléchissent pas, n’émettent pas ou n’absorbent pas la lumière, devrait constituer la majeure partie de la matière de l’univers. Cependant, son manque d’interactions avec la lumière empêche sa détection directe par les méthodes expérimentales conventionnelles.

Les physiciens tentent depuis des décennies de concevoir des méthodes alternatives pour détecter et étudier la matière noire, mais de nombreuses questions sur sa nature et sa présence dans notre galaxie restent sans réponse. Les expériences Pulsar Timing Array (PTA) tentent de vérifier l’existence de particules dites ultralégères de matière noire en examinant le timing en millisecondes d’un réseau de pulsars radio galactiques (c’est-à-dire des corps célestes qui émettent des impulsions d’ondes radio régulières en millisecondes).

L’European Pulsar Timing Array, une équipe multinationale de chercheurs de différents instituts qui utilise 6 radiotélescopes à travers l’Europe pour observer des pulsars spécifiques, a récemment analysé la deuxième vague de données collectées. Leur papierPublié dans Lettres d’examen physiqueimpose des contraintes plus strictes sur la présence de matière noire légère dans la Voie Lactée.

« Cet article était essentiellement le résultat de mon premier projet de doctorat », a déclaré à Phys.org Clemente Samara, co-auteur de l’article. « L’idée est née lorsque j’ai demandé à mon superviseur si je pouvais mener des recherches axées sur la science des ondes gravitationnelles, mais du point de vue de la physique des particules. L’objectif principal du projet était de restreindre l’existence de la matière noire dite légère dans notre galaxie. »

La matière noire claire est un candidat hypothétique pour la matière noire, composée de particules extrêmement légères qui pourraient résoudre des mystères de longue date en astrophysique. La dernière étude menée par Samara et ses collègues visait à vérifier la possibilité de la présence de ce type de matière noire dans notre galaxie, grâce aux données collectées par le Pulsar Timing Array européen.

« Nous nous sommes inspirés des efforts antérieurs dans ce domaine, notamment Le travail de Burayko et de ses collaborateurs« Grâce à la durée plus longue et à la résolution améliorée de notre ensemble de données, nous avons pu imposer des contraintes plus strictes sur la présence de matière noire légère dans la Voie Lactée », a déclaré Samara.

Le dernier article du European Pulsar Timing Array émet des hypothèses différentes de celles formulées par d’autres études menées dans le passé. Au lieu d’explorer les interactions entre la matière noire et la matière ordinaire, il suppose que ces interactions se produisent uniquement par le biais d’effets gravitationnels.

« Nous avons supposé que la matière noire interagissait avec la matière ordinaire uniquement par interaction gravitationnelle », a expliqué Samara. « C’est une affirmation assez forte : en fait, la seule chose certaine que nous savons sur la matière noire, c’est qu’elle interagit avec la gravité. En bref, la matière noire produit des puits de potentiel dans lesquels voyagent des rayons radio pulsés. Mais la profondeur de ces puits est périodique. , et donc le temps de trajet. Le faisceau radio des pulsars vers la Terre change également avec une périodicité distincte.

En recherchant précisément cet effet dans la deuxième vague de données du Pulsar Timing Array européen, Samara et ses collègues ont pu imposer de nouvelles contraintes sur la présence de matière noire très légère autour des pulsars. Le réseau européen Pulsar Timing Array collecte ces données depuis près de 25 ans, à l’aide de 6 radiotélescopes avancés situés à divers endroits en Europe.

« Sur la base de nos analyses, nous pouvons exclure que des particules ultralégères dans une certaine gamme de masses puissent constituer la totalité de la matière noire », a déclaré Samara. « Donc, s’ils étaient là, nous aurions encore besoin de quelque chose d’autre pour expliquer ce que nous voyons. Ce résultat est assez robuste, puisque nous nous sommes concentrés sur l’interaction gravitationnelle de la matière noire, qui est la seule chose dont nous sommes sûrs. »

Des travaux récents du Pulsar Timing Array européen montrent que les particules légères avec des masses de 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV ne peuvent pas représenter 100 % de la densité locale de matière noire mesurée et peuvent avoir une densité locale de ρ≲0,3 sur la plupart des particules. . Jeff/cm³. Ces nouvelles contraintes pourraient guider la poursuite des recherches dans ce domaine, ce qui pourrait bénéficier aux futures recherches sur l’insaisissable candidat à la matière noire.

« Je prévois maintenant d’explorer si les pulsars ont des signatures qui peuvent nous en dire plus sur la matière noire », a ajouté Samara. « De plus, je m’intéresse généralement à la science PTA, j’aimerais donc également travailler sur la modélisation astrophysique des systèmes binaires de trous noirs supermassifs, ce qui est considéré comme une explication convaincante du fond d’ondes gravitationnelles aléatoires que nous avons récemment observé. »