La traque de la matière noire a été faussée par ce raccourci de calcul vieux de quinze ans

Voilà presque un siècle que la matière noire échappe toujours aux chercheurs. De nouvelles simulations mettent au jour une faiblesse dans la méthode adoptée pour la rechercher. Une vaste région, considérée jusque-là comme inutile à explorer, revient désormais dans le jeu.

Une matière invisible représenterait cinq fois la masse de tout ce que nos télescopes peuvent voir. Elle n’a pourtant jamais été détectée directement. Aucun rayonnement lumineux n’en provient et l’électromagnétisme semble sans effet sur elle. Les scientifiques déduisent seulement sa présence de son influence gravitationnelle, notamment sur la vitesse de rotation galactique. Sans observation directe, les modèles se sont donc multipliés au fil des décennies. Des scientifiques ont dernièrement proposé une forme de matière noire susceptible d’entrer en collision avec ses propres particules. Toutes ces hypothèses doivent ensuite rester compatibles avec les données cosmologiques.

Ces observations éliminent souvent des catégories complètes de particules. Sur le papier, la logique semble difficile à contester. Un candidat ayant imprimé sa marque au début de l’histoire cosmique devrait encore produire aujourd’hui un signal mesurable. Du gaz ordinaire est néanmoins resté invisible aux relevés pendant longtemps avant que les astronomes ne le retrouvent. Trois physiciens ont alors réexaminé entièrement les méthodes de calcul servant à éliminer certains candidats à la matière noire. Leurs résultats remettent en cause une position admise depuis quinze ans.

Le photon noir retrouve sa place parmi les explications possibles de la matière noire

Des simulations publiées dans Physical Review Letters remettent le photon noir sur la table. Cette particule correspondrait à une sorte d’équivalent sombre de la lumière, associé à une force distincte de l’électromagnétisme. Pendant quinze ans, les modèles ont considéré qu’elle se convertissait en très grande quantité en photons classiques au sein du plasma extrêmement chaud des premiers temps de l’univers. L’énergie injectée aurait alors réchauffé ce milieu et produit un signal observable. Or aucune mesure n’a détecté une telle trace. Les précédents calculs avaient donc fini par abandonner ce scénario pour rendre compte de la matière noire.

Les nouvelles simulations aboutissent toutefois à un comportement très différent. Lorsque de l’énergie commence à pénétrer dans le plasma, celui-ci répond d’une manière fortement non linéaire. La transformation se bloque alors après un apport minuscule. Anson Hook, de l’université du Maryland, précise que les anciennes exclusions exigeaient une interaction cent millions de fois plus faible que sa valeur réellement possible. Les expériences consacrées à la recherche de matière noire peuvent désormais l’explorer. Il faudra aussi refaire ce raisonnement pour les magnétosphères des étoiles à neutrons et des naines blanches, où des hypothèses de calcul similaires sont employées depuis longtemps afin de rechercher d’autres particules invisibles.