Ce nouveau modèle suggère une "table périodique" de l'invisible matière noire

Une équipe de cosmologistes propose une nouvelle théorie fascinante: juste après le Big Bang, l'Univers aurait produit de la matière noire qui, piégée dans des poches ultra-denses, aurait conduit à la formation de trous noirs. Ces derniers, en s'évaporant, auraient libéré un éventail de particules de matière noire, suggérant l'existence d'une "table périodique de la matière noire" composée d'éléments invisibles.


Les physiciens ont longtemps cru que la matière noire était simple: une unique particule extrêmement légère, omniprésente dans l'Univers, interagissant à peine avec la matière normale. Cependant, les recherches intensives pour découvrir de telles particules se sont avérées infructueuses, amenant les cosmologistes à envisager des particules de matière noire plus rares mais beaucoup plus lourdes. Cette nouvelle étude, publiée en octobre dans la base de données de prépublication arXiv, propose une manière de générer ces particules massives de matière noire peu après le Big Bang, en impliquant les trous noirs.

Selon les chercheurs, l'Univers primordial a subi de sévères transitions de phase, où les forces de la nature se sont séparées, passant d'une force unifiée aux quatre forces fondamentales que nous connaissons aujourd'hui. Lors de ces transitions, les physiques sous-jacentes ont changé. Par exemple, les accélérateurs de particules actuels peuvent reproduire la dernière de ces transitions, permettant d'observer la fusion des forces électromagnétique et nucléaire faible.

Dans leur modèle, la matière noire initiale était légère, mais celle des périodes ultérieures était lourde. La matière noire, piégée dans des bulles formées pendant ces transitions, a vu sa densité augmenter au point de s'effondrer et de former des trous noirs. Ces derniers se sont rapidement évaporés via le rayonnement de Hawking, libérant de nouvelles particules de matière noire avant leur disparition complète. Ce mécanisme astucieux limite la quantité totale de matière noire massive dans l'Univers.

Ce processus d'évaporation a également généré une multitude de particules de matière noire, différenciées par leurs masses, vitesses et manières d'interagir avec la matière normale. Ainsi, dans ce modèle, la matière noire constitue une vaste collection de différents types de particules, à l'instar de la matière normale composée de l'ensemble du tableau périodique des éléments.

Les transitions de phase dans l'Univers primordial

La notion de transition de phase dans l'Univers primordial est cruciale pour comprendre cette nouvelle théorie. Une transition de phase est un changement dans l'état de la matière, comme le passage de l'eau liquide à la vapeur. Dans l'Univers primordial, ces transitions de phase étaient des événements fondamentaux, marquant le passage d'un état de l'Univers à un autre, avec des forces fondamentales se séparant et de nouvelles particules apparaissant. Ces moments clés ont façonné la structure et la composition de l'Univers tel que nous le connaissons aujourd'hui.