Un "chasseur de matière noire" décortique les rayons cosmiques
Publié par Redbran le 04/12/2017 à 12:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
Co-dirigée par l'Université de Genève, la mission DAMPE, chargée de détecter de la matière noire dans l'Univers, fait part de ses premiers résultats scientifiques.


DAMPE © UNIGE

Jamais détectée, la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment...) est pourtant considérée comme un élément important pour la compréhension et l'étude de nombreux phénomènes dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). La mission DAMPE (DArk Matter Particle Explorer), initiée en 2012 par l'Académie des Sciences (Une académie des sciences est une société savante dont le rôle est de promouvoir la recherche scientifique en réunissant certains des chercheurs les plus éminents, en tenant des séances au cours...) Chinoises (CAS) en collaboration avec l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) de Genève (UNIGE) et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) National de Physique Nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) d'Italie (INFN), s'est donné pour mission d'en découvrir la trace (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous...) ; ses premiers résultats scientifiques sont publiés aujourd'hui dans la revue Nature. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) collectées par le satellite (Satellite peut faire référence à :) révèlent la distribution des particules des rayons cosmiques selon leur énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.): plus l'énergie mesurée est basse, plus les particules sont nombreuses, et inversement. Mais ce qui devait être une courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les...) régulière présente en réalité une cassure (En minéralogie, la cassure désigne l'aspect de la surface d'un minéral qui, après avoir été soumis à une contrainte, se brise en présentant...) inexpliquée dans le domaine des hautes énergies, autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) de 0.9 TeV, à partir duquel les particules sont moins nombreuses qu'attendu. Comprendre cette "rupture de spectre" pourrait nous permettre de remonter jusqu'à la source qui a émis ces particules. Et parmi les sources candidates, l'annihilation ou la désintégration de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) noire.

DAMPE, le premier satellite (Satellite peut faire référence à :) astronomique de Chine, a été lancé depuis le Centre de lancement (Un centre de lancement, dans le domaine de l'astronautique, est le bâtiment, près de l'aire de lancement, en général protégé contre les effets d'une explosion ou d'un impact, d'où sont dirigées les opérations propres à un véhicule...) de satellites de Jiuquan en orbite héliosynchrone (Par analogie avec l'orbite géosynchrone, une orbite héliosynchrone est une orbite héliocentrique de rayon ~24,360 Gm (0,1628 ua) telle que la période de révolution de l'objet coïncide avec la période de rotation du Soleil....) le 17 décembre 2015. DAMPE est le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La paroi de l'ovaire forme le...) d'une collaboration de plus d'une centaine de scientifiques, techniciens et étudiants de neuf instituts en Chine, en Suisse et en Italie. L'équipe du professeur Xin Wu, de la Section de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE, en collaboration avec des scientifiques italiens de l'Institut national de physique nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) (INFN) d'Italie (Bari, Lecce et Perugia), a conçu une partie de ce satellite: le Silicon Tungtser Tracker (STK). Celui-ci permet la détection des traces de particules qui traversent DAMPE, afin d'appréhender l'origine et la nature de la matière noire.

Une rupture de spectre détectée avec une précision inédite


L'équipe du professeur Xin Wu, qui travaille sur le projet DAMPE. © UNIGE

Au cours de ses 18 premiers mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de fonctionnement scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...), DAMPE a détecté 1,5 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) d'électrons et positons, l'antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs...) de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un...), issus de rayons cosmiques. Les données concernant ces particules, d'une qualité inédite, ont pu être collectées jusqu'à des niveaux d'énergie très élevés, de l'ordre de quelques Teraélectronvolt (TeV), soit l'énergie d'un moustique en vol, mais concentrée dans une seule particule, le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) avec un très faible bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.). C'est ainsi que DAMPE a détecté directement une rupture, c'est-à-dire une diminution du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) de particules, dans le spectre des électrons et des positons à environ 0,9 TeV. Cette mesure très précise vient compléter d'autres anomalies déjà observées et réduit considérablement le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'investigation des chercheurs ; elle permet d'affiner les modèles expliquant le comportement des flux, et donc d'en définir plus précisément les sources possibles.

De nouvelles données permettront prochainement une mesure plus précise du spectre des électrons et des positons des rayons cosmiques, jusqu'à une énergie dix fois supérieure à celle des premiers résultats fournis par DAMPE. Les scientifiques seront également en mesure d'explorer les caractéristiques spectrales potentiellement générées par l'annihilation et la désintégration de particules de matière noire ou par des sources astrophysiques proches, par exemple des étoiles à neutrons tournant très rapidement sur elles-mêmes et émettant un flux de particules à la manière d'un phare, les fameux pulsars. "Mais ces premières données représentent déjà une formidable avancée et laissent entrevoir une connexion entre un excès de positons et la désintégration de la matière noire", détaille Xin Wu.

Référence publication:
Nature - DOI: 10.1038/nature24475

Contact chercheur:
Xin Wu - Professeur à la Section de physique
Faculté des sciences de l'UNIGE
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