2023
New dark matter theory explains two puzzles in astrophysics
La nouvelle théorie de la matière noire explique deux énigmes en astrophysique
par Iqbal Pittalwala, Université de Californie - Riverside
Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public
Considérée comme constituant 85 % de la matière de l’univers, la matière noire n’est pas lumineuse et sa nature n’est pas bien comprise. Alors que la matière normale absorbe, réfléchit et émet de la lumière, la matière noire ne peut pas être vue directement, ce qui la rend plus difficile à détecter. Une théorie appelée « matière noire auto-interactive », ou SIDM, propose que les particules de matière noire interagissent elles-mêmes par l'intermédiaire d'une force obscure, entrant fortement en collision les unes avec les autres à proximité du centre d'une galaxie.
Dans un travail publié dans The Astrophysical Journal Letters, une équipe de recherche dirigée par Hai-Bo Yu, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Californie à Riverside, rapporte que le SIDM peut simultanément expliquer deux énigmes astrophysiques dans des extrêmes opposés.
"Le premier est un halo de matière noire à haute densité dans une galaxie elliptique massive", a déclaré Yu. "Le halo a été détecté grâce à l'observation d'une forte lentille gravitationnelle, et sa densité est si élevée qu'elle est extrêmement improbable dans la théorie dominante de la matière noire froide. La seconde est que les halos de matière noire des galaxies ultra-diffuses ont des densités extrêmement faibles et qu'ils sont difficile à expliquer par la théorie froide de la matière noire. »
Un halo de matière noire est un halo de matière invisible qui imprègne et entoure une galaxie ou un amas de galaxies. La lentille gravitationnelle se produit lorsque la lumière voyageant à travers l’univers depuis des galaxies lointaines se courbe autour d’objets massifs. Le paradigme/théorie de la matière noire froide, ou CDM, suppose que les particules de matière noire sont sans collision. Comme leur nom l’indique, les galaxies ultra-diffuses ont une luminosité extrêmement faible et la répartition de leurs étoiles et de leur gaz est étalée.
Yu a été rejoint dans l'étude par Ethan Nadler, chercheur postdoctoral conjoint aux Observatoires Carnegie et à l'Université de Californie du Sud, et Daneng Yang, chercheur postdoctoral à l'UCR.
Pour montrer que SIDM peut expliquer les deux énigmes astrophysiques, l’équipe a mené les premières simulations à haute résolution de la formation de structures cosmiques avec de fortes auto-interactions de matière noire à des échelles de masse pertinentes pour le halo de lentilles puissant et les galaxies ultra-diffuses.
"Ces auto-interactions conduisent à un transfert de chaleur dans le halo, ce qui diversifie la densité du halo dans les régions centrales des galaxies", a déclaré Nadler. "En d'autres termes, certains halos ont des densités centrales plus élevées, et d'autres ont des densités centrales plus faibles, par rapport à leurs homologues MDP, avec des détails dépendant de l'histoire de l'évolution cosmique et de l'environnement des halos individuels."
Selon l’équipe, ces deux énigmes constituent un formidable défi pour le paradigme standard du MDP.
"Le MDP a le défi d'expliquer ces énigmes", a déclaré Yang. "Le SIDM est sans doute le candidat idéal pour réconcilier les deux extrêmes opposés. Aucune autre explication n'est disponible dans la littérature. Il existe désormais une possibilité intrigante que la matière noire soit plus complexe et plus dynamique que prévu."
La recherche démontre également la puissance de sonder la matière noire grâce à des observations astrophysiques, avec l’outil de simulations informatiques de la formation des structures cosmiques.
"Nous espérons que nos travaux encourageront davantage d'études dans ce domaine de recherche prometteur", a déclaré Yu. "Il s'agira d'un développement particulièrement opportun compte tenu de l'afflux attendu de données dans un avenir proche provenant d'observatoires astronomiques, notamment du télescope spatial James Webb et du prochain observatoire Rubin."
Depuis 2009 environ, les travaux de Yu et de ses collaborateurs ont contribué à populariser le SIDM dans les communautés de physique des particules et d'astrophysique.
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COMMENTAIRES
Cet article ne va pas au bout de ses hypothèse de départ ; a savoir preciser la cause des auto -interactions de la D M .Pour Mr Simple Lecteur je rappelle les questions et réponses que j 'en tire ..
1/Quelle est le ''moteur'' de cette nouvelle théorie de la matière noire ?La théorie appelée « matière noire à interaction automatique » ou SIDM, propose que les particules de matière noire interagissent elles-mêmes par l'intermédiaire d'une force obscure, en entrant en collision lord d 'une choc violente des particules les s unes avec les autres et à proximité du centre d'une galaxie. Mais je nrevois pas dleur explication mécaniqoue et cinetique calairement expriméea de cette force obscure ...
2/Quelles sont les autres théories sur la matière noire ?Historiquement la première
possibilité est que la matière noire soit constituée de WIMPs ou encore de Machos . Un autre candidat fut l ''axion, une particule de dix billionième fois la masse d'un électron
3 / Personnellement je modèlise la matiere noire comme resultant d "assmbmages métastables ou resonnants de particules neutres a trés faible masse ... J 'ai proposé diverses types d'arrangements à
gémetrie sphériques ou elliptiques selon les densités de DM
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More information: Ethan O. Nadler et al, A Self-interacting Dark Matter Solution to the Extreme Diversity of Low-mass Halo Properties, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09
Journal information: Astrophysical Journal Letters
Provided by University of California - Riverside
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