Rebondissement ? Des simulations suggèrent que la matière noire n'est pas exactement ce que nous pensions !

L'une des plus grandes questions en astronomie concerne la nature de la matière noire. Cette composante serait un type de matière qui n'interagit que par le biais de l'interaction gravitationnelle. Elle n'interagirait pas par le biais de la force électromagnétique, par exemple, de sorte qu'il serait impossible de l'observer par le biais de la lumière, qui dépend de ces interactions électromagnétiques.

On sait peu de choses sur la matière noire car elle n'est observée qu'indirectement. Les observations se limitent aux effets de la matière noire sur l'environnement qui l'entoure, comme la dynamique des étoiles ou des galaxies. L'une des propriétés acceptées par la science était que les composants de la matière noire ne seraient pas collisionnels.

Selon cette propriété, connue sous le nom de matière noire froide (MCD), la matière noire n'est pas collisionnelle, c'est-à-dire qu'elle n'échange pas d'énergie par le biais de collisions. Un article a été publié par un chercheur espagnol qui soutient qu'il existe un échange d'énergie par collisions après des simulations et des observations d'amas de galaxies. Cet argument plaide en faveur d'un modèle appelé matière noire auto-interagissante (SIDM).

Matière noire

La majeure partie de la matière de l'Univers se présente sous la forme de matière noire. Il s'agit d'un type de matière que nous ne pouvons pas observer par le biais du rayonnement électromagnétique, c'est-à-dire la lumière. La matière que nous pouvons observer est appelée matière visible ou matière baryonique et se compose de tout ce que nous connaissons et voyons dans l'Univers.

La matière noire a gagné en puissance après l'observation de la dynamique des étoiles dans les galaxies qui suivait une courbe de vitesse différente de celle attendue par la théorie. Cette découverte a été faite par l'astronome Vera Rubin. Pour expliquer les observations de Rubin, la matière noire a été proposée comme un halo de matière qui englobe la galaxie et interagit gravitationnellement avec les étoiles.

Matière noire froide ?

Au fil du temps, des observations plus indirectes des effets de la matière noire ont été faites dans les galaxies et les amas de galaxies. Les amas de galaxies peuvent contenir jusqu'à des milliers de galaxies en interaction gravitationnelle. En observant la dynamique de ces galaxies et en la comparant aux vitesses proposées dans la théorie, l'existence d'une composante de matière noire s'est avérée nécessaire. Traduit avec DeepL.com (version gratuite)

Sur la base des observations de ces interactions, un modèle de matière noire s'est renforcé, appelé matière noire froide ou MCD. Selon ce modèle, il n'y a pas d'échange d'énergie entre les composants de la matière noire par le biais de collisions. L'une de ces observations est le célèbre amas de Bala, qui a récemment subi une interaction. En analysant les données d'observation, les astronomes affirment qu'il n'y a pas eu de collision entre les halos de matière noire de chaque galaxie présente.

SIDM

Bien que le modèle CDM soit actuellement le plus largement accepté parce qu'il explique de nombreuses observations, certains astronomes du monde entier plaident en faveur du modèle de la matière noire auto-interagissant ou SIDM. Dans ce modèle, les composants de la matière noire seraient collisionnels et il y aurait entre eux un échange d'énergie autre que la simple interaction gravitationnelle.

Lors d'une interaction entre galaxies, le modèle SIDM présenterait des propriétés différentes de celles attendues par le modèle CDM. L'une d'entre elles serait que, lors du calcul du point de densité maximale de matière noire, il montrerait une séparation qui s'expliquerait par la collision des particules de chaque halo de matière noire.

El Gordo

L'une de ces interactions se produirait dans l'amas connu sous le nom d'El Gordo, qui est l'un des amas les plus massifs jamais découverts. L'amas compte environ 1 quadrillion de masses solaires. Il est considéré comme un véritable laboratoire pour l'observation des interactions entre galaxies et de la manière dont la matière noire affecte la dynamique des galaxies lors d'une éventuelle collision.

Deux sous-amas au sein d'El Gordo attirent l'attention sur ces observations. L'astronome a constaté que les images de rayons X montrent un pic et deux parties allongées. De plus, le pic de rayons X est différent du pic maximal estimé de matière noire, ce qui indique une possible composante collisionnelle.

Simulations

Pour tester le modèle SIDM, l'article présente des simulations numériques de N corps. Ce type de simulation prend en compte les interactions gravitationnelles et collisionnelles entre différents composants ayant une masse. Il s'agit également de simulations hydrodynamiques qui décrivent le comportement de la dynamique des gaz présents avec des propriétés telles que la densité, la pression et la température.

L'article indique que les résultats montrent que la matière noire semble avoir une caractéristique collisionnelle dans ces observations. Cela constituerait une preuve en faveur du modèle SIDM. S'il est confirmé, il s'agirait de l'une des plus grandes avancées de ces dernières décennies dans la compréhension de la matière noire.

Référence de l'article :

Valdarnini 2024 An N-body/hydrodynamical simulation study of the merging cluster El Gordo: A compelling case for self-interacting dark matter? Astronomy & Astrophysics