Une partie de la matière noire que l’on pensait exclue par l’histoire thermique de l’Univers pourrait en réalité être encore possible.
La matière noire est invisible, mais sa gravité agit sur les galaxies et les grandes structures cosmiques. Sa nature reste inconnue. Parmi les candidats envisagés figure le photon noir, une particule hypothétique qui ressemblerait par certaines propriétés au photon ordinaire. Elle pourrait constituer tout ou partie de cette matière invisible.
Pour comprendre, il faut remonter à l’Univers jeune. La matière y formait un plasma, c’est-à-dire un gaz très chaud contenant des particules chargées. Dans certaines conditions, des photons noirs auraient pu transmettre leur énergie à ce plasma. Les modèles prévoyaient alors un échauffement assez fort pour laisser des traces observables aujourd’hui.
L’absence de ces traces a servi à fixer des limites très strictes. Certaines masses possibles pour les photons noirs étaient ainsi considérées comme incompatibles avec les observations cosmologiques. Ce raisonnement reposait toutefois sur une hypothèse : le transfert d’énergie devait pouvoir se poursuivre efficacement lorsque les bonnes conditions étaient réunies.
Anson Hook, Junwu Huang et Mohamad Shalaby ont réexaminé cette étape avec des simulations numériques suivant le comportement du plasma. Leur résultat change fortement le scénario. Lorsque l’énergie transmise devient comparable à l’énergie thermique des électrons du plasma, celui-ci se réorganise. Des variations de densité apparaissent alors et perturbent les conditions nécessaires au transfert.
Concrètement, le mécanisme finit par se freiner lui-même. Les photons noirs ne peuvent donc pas continuer à injecter autant d’énergie que le prévoyaient les calculs précédents. Selon les chercheurs, l’énergie réellement déposée reste proche de celle déjà portée par les électrons au moment de la conversion. Elle demeure ainsi très inférieure aux niveaux capables de produire les signatures cosmologiques recherchées.
Cette différence modifie fortement les limites déduites des observations. Les contraintes concernées deviennent de 3 000 à 10 millions de fois moins fortes, selon la masse considérée. L’effet s’étend sur dix ordres de grandeur de masse. Autrement dit, une très large zone auparavant considérée comme exclue pourrait redevenir compatible avec les données disponibles.
Le résultat ne constitue pas une détection de matière noire et ne prouve pas l’existence des photons noirs. Il retire plutôt une série d’arguments utilisés pour éliminer certaines de leurs propriétés. Les autres méthodes de recherche, notamment les expériences en laboratoire et les observations astrophysiques reposant sur des phénomènes différents, restent donc nécessaires pour tester cette hypothèse.