Le télescope Fermi enregistre les premiers signes directs de collisions de matière noire dans la Voie lactée
Les astronomes de Universidade de Tóquio ont annoncé la possible première détection directe de matière noire via Telescópio Espacial Fermi de Nasa. L’équipe a identifié un excès de rayons gamma provenant du centre de Via Láctea qui peut s’expliquer par l’annihilation des particules de matière noire. L’étude a été publiée cette semaine dans Journal de Cosmology et Astroparticle Physics.
Les signaux ont été obtenus après avoir filtré toutes les sources connues de rayonnement gamma dans la région observée. La carte résultante montre une distribution compatible avec le halo de matière noire prédit par les modèles cosmologiques actuels.
La recherche a été dirigée par le professeur Tomonori Totani et a utilisé 15 ans de données collectées par Fermi Large Area Telescope.
Comment la détection a été effectuée
Les chercheurs ont supprimé toutes les émissions connues de la carte des rayons gamma, y compris les pulsars, les restes de supernova et le disque galactique.
Ce qui restait était un signal diffus avec un pic vers le centre de Via Láctea et une extension d’environ 100 degrés. Le motif Esse correspond à la distribution attendue du halo de matière noire entourant la galaxie.
Caractéristiques du signal observé
Les rayons gamma en excès ont des énergies comprises entre 1 GeV et 1 TeV. L’intensité est plus grande au centre galactique et diminue progressivement avec la distance. Le profil suit la distribution dite NFW, prévue pour les halos de matière noire formés par l’effondrement gravitationnel. La masse de la particule candidate se situe entre 30 et 70 GeV, selon les calculs de l’équipe.
Hypothèse d’annihilation des particules
L’explication la plus probable, selon les auteurs, est l’annihilation mutuelle de particules de matière noire de type WIMP (particule massive à faible interaction). Quando deux WIMP entrent en collision, ils se transforment en paires de rayons gamma à haute énergie.
Ce processus se produit en continu dans le halo galactique, où la densité de ces particules est plus grande. Le taux d’annihilation dépend du carré de la densité locale, ce qui explique la lueur plus intense observée vers le centre de Via Láctea.
D’autres possibilités, telles que des pulsars non identifiés ou des processus astrophysiques inconnus, n’ont pas encore été totalement exclues.
Prochaines étapes de la recherche
La communauté scientifique mène désormais des analyses indépendantes des mêmes données Fermi pour confirmer ou infirmer l’interprétation. Observatórios comme le CTA (Cherenkov Telescope Array), en construction, aura une plus grande sensibilité pour vérifier le signal à des énergies plus élevées.
Si elle est confirmée, la découverte représentera la première preuve directe de l’existence d’une particule au-delà du Modelo Padrão de la physique. Les données pourront également contraindre les paramètres de masse et de section efficace des candidats à la matière noire.
Importance de la matière noire en cosmologie
La matière noire représente environ 27 % de la densité énergétique totale de l’univers, selon les mesures du satellite Planck. La présence de Sua est déduite des effets gravitationnels sur les galaxies et les amas, en plus des fluctuations du fond diffus cosmologique.
Bien que détecté indirectement depuis les années 1930 par Fritz Zwicky, il n’avait jamais été observé via une interaction autre que gravitationnelle jusqu’à la présente étude.
L’identification directe ouvrirait la voie à des expériences dans des accélérateurs et des détecteurs souterrains recherchant les mêmes particules.
Données techniques d’observation
- Période analysée : 2008 à 2023 (15 ans d’exploitation de Fermi)
- Région observée : ±50 degrés de longitude galactique et |b| < 20 degrés de latitude
- Énergie des photons : 0,3 GeV à 1 TeV
- Signification statistique de l’excès : supérieure à 10 sigma après soustraction de sources connues
