La matière noire floue serait un gigantesque condensat de Bose-Einstein

Publié par Adrien le 12/06/2023 à 08:00
Source: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
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La matière noire est une énigme qui défie les scientifiques depuis des décennies. Bien que nous ne puissions pas la voir, nous savons qu'elle existe en raison de l'influence qu'elle exerce sur les objets que nous pouvons observer, comme les galaxies. Elle ne réfléchit ni n'absorbe la lumière, d'où son nom de "matière noire". Cette substance invisible compose environ 27% de l'Univers. Cependant, malgré son omniprésence, la matière noire reste largement mystérieuse.

Des chercheurs de l'Université de Newcastle ont utilisé leurs connaissances sur un phénomène appelé condensat de Bose-Einstein, qui se produit lorsque les atomes sont refroidis à des températures extrêmement basses, pour étudier un nouveau modèle de matière noire, appelé matière noire "floue". Selon eux, les noyaux des amas de matière noire - l'origine de la formation des galaxies comme la nôtre - se comporteraient de manière très similaire à ces condensats de Bose-Einstein que l'on peut créer en laboratoire.


Le centre d'un halo de matière noire floue, étiqueté "noyau de soliton cohérent" dans l'image ci-dessus, est physiquement impossible à distinguer d'un condensat de Bose-Einstein cohérent comme ceux créés dans les systèmes atomiques froids typiques, mais s'étendant sur des milliers d'années-lumière.

Ils ont découvert que la matière noire floue qui entourerait ces noyaux serait dans un état agité, plein de tourbillons et de variations qui rendrait difficile le maintien d'une structure stable sur tout l'amas. C'est une découverte qui la distingue de la théorie plus répandue de la matière noire "froide", où de tels tourbillons et variations n'existent pas.

L'équipe, dirigée par le Dr Gerasimos Rigopoulos et le Professeur Nick Proukakis, estime aussi que le centre d'un amas de matière noire floue serait en réalité un immense condensat de Bose-Einstein, non pas de la taille d'un micron comme ceux créés en laboratoire, mais s'étendant sur des milliers d'années-lumière, soit des dizaines de milliards de kilomètres !

Un condensat de Bose-Einstein est un état très particulier de la matière qui se produit lorsque des particules, appelées bosons, sont refroidies à des températures proches du zéro absolu, soit environ -273,15 degrés Celsius. À ce niveau de froid extrême, les bosons commencent à se comporter de manière très étrange. Au lieu d'agir comme des particules individuelles, elles se fondent toutes ensemble pour former une seule super-particule. Ce phénomène a des propriétés quantiques très spéciales.

Ce travail permet une union de deux mondes: la cosmologie, qui étudie l'Univers à grande échelle, et la physique atomique ultra-froide, qui étudie les atomes à des températures extrêmement basses. Leur objectif est d'utiliser ce qu'ils ont appris sur le comportement qu'aurait cette matière noire floue pour développer de nouvelles façons de pouvoir la tester et l'observer.
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