Quand les pulsars défient la matière noire

Publié par Adrien le 30/11/2023 à 13:00
Source: Physical Review Letters
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La matière noire, un mystère omniprésent dans l'Univers, ne réfléchit, n'émet ni n'absorbe la lumière. Cette propriété la rend insaisissable par les méthodes expérimentales conventionnelles. Pourtant, elle constituerait la majorité de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Les physiciens, depuis des décennies, cherchent des méthodes alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié...) pour la détecter et l'étudier.


Les Pulsar Timing Arrays (PTA), regroupant des chercheurs de divers instituts européens, utilisent six radiotélescopes pour observer des pulsars, ces objets célestes émettant des impulsions radio régulières en millisecondes. Dans leur récente publication dans Physical Review Letters, ils ont analysé la deuxième vague de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) collectées, imposant des contraintes plus strictes sur la présence de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...) ultralégère dans la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...).

Clemente Smarra, co-auteur de l'étude, explique que leur projet visait à restreindre la présence de cette matière noire ultralégère dans notre galaxie. Inspirés par des travaux antérieurs, notamment ceux de Porayko et ses collaborateurs, l'équipe a profité d'une durée d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) plus longue et d'une précision accrue pour imposer ces nouvelles contraintes.

Contrairement à d'autres études, cette recherche suppose que les interactions de la matière noire avec la matière ordinaire se font uniquement par effets gravitationnels. En effet, la seule certitude concernant la matière noire est son interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) gravitationnelle. L'idée est que la matière noire crée des puits de potentiel (Un puits de potentiel désigne, en physique, le voisinage d'un minimum local d'énergie...) dans lesquels voyagent les faisceaux radio des pulsars, modifiant périodiquement le temps de trajet de ces faisceaux vers la Terre.


Les Pulsar Timing Arrays recherchent des ondes gravitationnelles basse fréquence en observant régulièrement plusieurs millisecondes recherchent des ondes gravitationnelles basse fréquence en observant régulièrement de nombreux pulsars millisecondes et en analysant les heures (L'heure est une unité de mesure  :) d'arrivée de leurs impulsions radio.
photo: David Champion/Institut Max Planck de radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie traitant de l'observation du ciel dans le...)

Grâce à cette approche, l'équipe a pu exclure que des particules ultralégères dans une gamme de masses spécifique constituent la totalité de la matière noire. Leur travail démontre que des particules de masses comprises entre 10-24.0 eV et 10-23.3 eV ne peuvent constituer que jusqu'à 0,3 GeV/cm3 de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) locale de matière noire. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles recherches dans ce domaine complexe.

Actuellement, Clemente Smarra envisage d'explorer davantage les signatures que les pulsars pourraient révéler sur la matière noire. Il s'intéresse aussi à la modélisation astrophysique des systèmes binaires de trous noirs supermassifs, qui pourraient expliquer le fond stochastique d'ondes gravitationnelles récemment observé.
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