Un nouveau type de matière noire pourrait éclairer les mystères de l’Univers

Composante insaisissable de l’Univers, la matière noire représenterait jusqu’à 85 % de sa masse totale. De récentes recherches donnent davantage de poids à l’hypothèse d’une forme « auto-interagissante », qui permettrait de résoudre trois grands mystères cosmiques.

Le modèle SIDM

N’émettant, n’absorbant et ne reflétant pas la lumière, la matière noire ne peut être détectée directement. Si l’on a initialement théorisé une forme « froide », n’interagissant pas avec les particules de matière classique, elle semble se manifester par son influence gravitationnelle sur les étoiles, les galaxies ainsi que les amas, dont les mouvements et l’évolution seraient autrement difficilement explicables.

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Détaillées dans la revue Physical Review Letters, de nouveaux travaux appuient la possibilité de noyaux extrêmement denses au sein des halos de « matière noire auto-interagissante », ou modèle SIDM. Dans ce cas, les particules de matière noire entrent en collision et échangent de l’énergie, entraînant un « effondrement gravothermique » et la formation de noyaux remarquablement denses, pouvant atteindre des masses un million de fois supérieures à celle du Soleil.

« Il faut imaginer une foule dense de personnes s’ignorant mutuellement, et une autre où tout le monde se heurte constamment », illustre Hai-Bo Yu, auteur principal de la nouvelle étude. « Dans le SIDM, ces interactions peuvent remodeler de manière spectaculaire la structure interne des halos de matière noire. En interagissant avec elle-même, elle peut devenir suffisamment dense pour expliquer nos observations. »

De vastes implications pour notre compréhension du cosmos

D’après Yu, une telle dynamique cadre avec toute une série de phénomènes qui intriguent depuis longtemps les astronomes : les lentilles gravitationnelles, où des objets situés entre l’observateur et des galaxies lointaines amplifient la lumière de ces dernières, la structure des courants stellaires tels que GD-1, suggérant la présence d’un objet compact invisible, et celles des amas d’étoiles semblables à Fornax 6.

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Situé dans une galaxie satellite de la Voie lactée, ce dernier suggère la présence d’un noyau dense de matière noire, dont l’attraction gravitationnelle influencerait la dynamique des astres proches, contribuant ainsi à la formation ou à la stabilité de tels groupements stellaires.

« Ce qui est passionnant, c’est que le même mécanisme fonctionne dans trois contextes complètement différents : l’Univers lointain, notre propre galaxie et l’une de ses voisines », note Yu. « Les densités impliquées sont difficilement conciliables avec le modèle standard de la matière noire, mais correspondent étroitement à celles prévues par le modèle SIDM. »

Précédemment, le télescope spatial James Webb a révélé des structures de matière noire jamais observées auparavant.

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