SCIENCES.ENERGIES.ENVIRONNEMENT/LE MONDE SELON LA PHYSIUE/OU EST LA MATIERE NOIRE?/2109WEEK 493

Une traduction de MEWSPAPER X reçue ce matin

DECEMBER 12, 2019

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Is there dark matter at the center of the Milky Way?

by Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology

  y a-t-il de la matière noire au centre de la Voie lactée?

 

Une carte des émissions de rayons gamma dans la galaxie de la Voie lactée, basée sur les observations du télescope spatial Fermi à rayons gamma. L'encart représente l'excès du centre galactique - une région sphérique inattendue d'émissions de rayons gamma au centre de notre galaxie, d'origine inconnue. Crédit: NASA / T. Linden, U.Chicago

Les physiciens du MIT relancent la possibilité, qu'ils avaient auparavant étouffée, qu'un excés de rayons gamma lumineux au centre de notre galaxie puisse être après tout le résultat de la matière noire

Depuis des années, les physiciens connaissent un mystérieux surplus d'énergie au centre de la Voie lactée, sous la forme de rayons gamma, les ondes les plus énergétiques du spectre électromagnétique. Ces rayons sont généralement produits par les objets les plus chauds et les plus extrêmes de l'univers, tels que les supernovae et les pulsars.

Cess rayons gamma se trouvent à travers le disque de la Voie lactée et, pour la plupart, les physiciens comprennent leurs sources. Mais il y a un excés  de rayons gamma au centre de la Voie lactée, connue sous le nom d'excès du centre galactique, ou GCE, avec des propriétés difficiles à expliquer pour les physiciens étant donné ce qu'ils savent de la distribution des étoiles et du gaz dans la galaxie.

Il y a deux possibilités principales pour ce qui peut produire cet excès: une population d'étoiles à neutrons à haute énergie et à rotation rapide connues sous le nom de pulsars, ou, plus séduisant, un nuage concentré de matière noire, entrant en collision avec elle-même pour produire une surabondance de rayons gamma .

En 2015, une équipe du MIT-Princeton University, comprenant le professeur agrégé de physique Tracy Slatyer et les post-doctorants Benjamin Safdi et Wei Xue, s'est prononcée en faveur des pulsars. Les chercheurs avaient analysé les observations du centre galactique prises par le télescope spatial à rayons gamma Fermi, en utilisant un "modèle d'arrière-plan" qu'ils ont développé pour décrire toutes les interactions des particules dans la galaxie qui pourraient produire des rayons gamma. Ils ont conclu, plutôt définitivement, que le GCE était très probablement le résultat de pulsars, et non de matière noire.

Cependant, dans de nouveaux travaux, dirigés par la postdoc du MIT Rebecca Leane, Slatyer a depuis réévalué cette affirmation. En essayant de mieux comprendre la méthode analytique de 2015, Slatyer et Leane ont découvert que le modèle qu'ils utilisaient pouvait en fait être «abusé » pour produire le mauvais résultat. Plus précisément, les chercheurs ont exécuté le modèle sur des observations réelles de Fermi, comme l'a fait l'équipe du MIT-Princeton en 2015, mais cette fois, ils ont ajouté un faux signal supplémentaire de matière noire. Ils ont constaté que le modèle n'a pas réussi à capter ce faux signal, et même enl’ augmentant  le modèle a continué de supposer que les pulsars étaient au cœur de l'excès.

Les résultats, publiés aujourd'hui dans la revue Physical Review Letters, mettent en évidence  cet "effet de modélisme" dans l'analyse de 2015 et rouvrent ce que beaucoup pensaient être un dossier clos.

"C'est excitant dans la mesure où nous pensions avoir éliminé la possibilité que ce soit de la matière noire", dit Slatyer. "Mais maintenant, il y a une faille, une erreur systématique dans la déclaration que nous avions faite. Cela rouvre la porte pour que le signal provienne de la matière noire."

La matière noire pourrait être la source de l'excès énigmatique des rayons gamma au centre de la Voie lactée Crédit: Leane et al., Phys. Rév.Lett (2019)

Alors que la galaxie de la Voie lactée ressemble plus ou moins à un disque plat dans l'espace, l'excès de rayons gamma en son centre occupe une région plus sphérique, s'étendant sur environ 5000 années-lumière dans toutes les directions depuis le centre galactique.

Dans leur étude de 2015, Slatyer et ses collègues ont développé une méthode pour déterminer si le profil de cette région sphérique est lisse ou "granuleux". Ils ont estimé que si les pulsars sont la source de l'excès de rayons gamma et que ces pulsars sont relativement brillants, les rayons gamma qu'ils émettent devraient habiter une région sphérique qui, une fois imagée, semblerait granuleuse, avec des espaces sombres entre les points lumineux où les pulsars présents

Si, cependant, la matière noire est la source de l'excès de rayons gamma, la région sphérique devrait être lisse: "Chaque ligne de visée vers le centre galactique contient probablement des particules de matière noire, donc je ne devrais pas voir de lacunes ou de points froids dans le ", explique Slatyer.

Elle et son équipe ont utilisé un modèle d'arrière-plan de toute la matière et du gaz dans la galaxie et de toutes les interactions de particules qui pourraient se produire pour produire des rayons gamma. Ils ont considéré des modèles pour la région sphérique du GCE qui étaient granuleux d'une part ou lisses de l'autre, et ont conçu une méthode statistique pour extraire  la différence entre eux. Ils ont ensuite alimenté le modèle des observations réelles de la région sphérique, prises par le télescope de Fermi, et ont cherché à voir si ces observations correspondaient mieux à un profil lisse ou granuleux.

"Nous avons vu qu'il était à 100% granuleux, et nous avons donc dit:" Oh, làlà !!a matière noire ne peut pas faire ça, alors ça doit être autre chose "", se souvient Slatyer. "J'espérais que ce ne serait que la première d'une longue série d'études sur la région du centre galactique utilisant des techniques similaires. Mais d'ici 2018,

les principaux contrôles croisés de la méthode étaient toujours ceux que nous avions effectués en 2015, ce qui me rendait assez nerveux que nous ayons pu manquer quelque chose. "

Après son arrivée au MIT en 2017, Leane s'est intéressée à l'analyse des données de rayons gamma. Slatyer a suggéré d'essayer de tester la robustesse de la méthode statistique utilisée en 2015, pour développer une compréhension plus profonde du résultat. Les deux chercheurs ont posé la question difficile: dans quelles circonstances leur méthode tomberait-elle en panne? Si la méthode résistait à l'interrogatoire, ils pourraient avoir confiance dans le résultat original de 2015. Si, cependant, ils découvraient des scénarios dans lesquels la méthode s’ effondre, cela suggérerait que quelque chose n'allait pas dans leur approche, et peut-être que la matière noire pourrait toujours être au centre de l'excès de rayons gamma.

Leane et Slatyer ont répété l'approche de l'équipe du MIT-Princeton à partir de 2015, mais au lieu de se nourrir des données du modèle Fermi, les chercheurs ont essentiellement établi une fausse carte du ciel, y compris un signal de matière noire et des pulsars qui n'étaient pas associés avec l'excès de rayons gamma. Ils ont introduit cette carte dans le modèle et ont constaté que, malgré l'existence d'un signal de matière noire dans la région sphérique, le modèle a conclu que cette région était très probablement granuleuse et donc dominée par les pulsars. Ce fut le premier indice, dit Slatyer, que leur méthode "n'était pas infaillible."

Lors d'une conférence pour présenter leurs résultats jusqu'à présent, Leane a posé une question à un collègue: que se passerait-il si elle ajoutait un faux signal de matière noire qui était combiné avec de vraies observations, plutôt qu'avec une fausse carte de fond?

L'équipe a relevé le défi en alimentant le modèle avec les données du télescope Fermi, ainsi qu'un faux signal de matière noire. Malgré la faute délibérée, leur analyse statistique a de nouveau raté le signal de la matière noire et a renvoyé une image granuleuse semblable à un pulsar. Même lorsqu'ils ont fait monter le signal de la matière noire à quatre fois la taille de l'excès réel de rayons gamma, leur méthode n'a pas pu le voir.

"À ce stade, j'étais assez excitée, car je savais que les implications étaient très importantes - cela signifiait que l'explication de la matière noire était de retour sur la table", a déclaré Leane.

Elle et Slatyer s'efforcent de mieux comprendre le biais de leur approche et espèrent éliminer ce biais à l'avenir.

"Si c'est vraiment de la matière noire, ce serait la première preuve que la matière noire interagit avec la matière visible par des forces autres que la gravité", explique Leane. "La nature de la matière noire est l'une des plus grandes questions ouvertes en physique à l'heure actuelle. Identifier ce signal comme matière noire peut nous permettre d'exposer enfin l'identité fondamentale de la matière noire. Peu importe ce que la cause  de l'excès se révèle être, ça nous fera apprendre quelque chose de nouveau sur l'univers

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Galactic center's gamma rays unlikely to originate from dark matter, evidence shows

More information: Rebecca K. Leane et al. Revival of the Dark Matter Hypothesis for the Galactic Center Gamma-Ray Excess, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.241101

Journal information: Physical Review Letters

Provided by Massachusetts Institute of Technology

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 MES COMMENTAIRES

  CET ARTICLE EST L’EXEMPLE TYPIQUE DES METHODES DE MODELISATION  DE DEUX PRESTIGIEUSES UNIVERSOITES AMERICAINES !2 pas en avant , puis 3 en arrière et peut-être 4  vers n’importe quoi !

Ma propre réflexion s’articule sur 2 points :

 Primo : aucun autre signal que celui  de la force de gravité  ne justifie l’existence de matière noire  …RIEN …ON CONTINUE A NE RIEN TROUVETR ! …..(et les théoriciens MOND S s’en réjouissent !)

SEGONDO : Pourquoi ne penser qu’aux gammas des pulsars ? Le trou noir centro galactique   continue de fonctionner et son disque d accrétions aussi …..