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A wobble from Mars could be sign of dark matter, study finds

by Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Tech

aUne oscillation de Mars pourrait être le signe de la présence de matière noire, selon une étude

par Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology

Une illustration d'artiste représente un trou noir primordial (à gauche) qui passe à proximité de Mars (à droite) et fait brièvement « vaciller » son orbite, avec le soleil en arrière-plan. Les scientifiques du MIT affirment qu'une telle oscillation pourrait être détectable par les instruments actuels. Crédit : Benjamin Lehmann, via SpaceEngine @ Cosmographic Software LLC

Dans une nouvelle étude, les physiciens du MIT suggèrent que si la majeure partie de la matière noire de l'univers est constituée de trous noirs primordiaux microscopiques (une idée proposée pour la première fois dans les années 1970), alors ces naines gravitationnelles devraient traverser notre système solaire au moins une fois par décennie. Un survol comme celui-ci, prédisent les chercheurs, introduirait une oscillation dans l'orbite de Mars, à un degré que la technologie actuelle pourrait réellement détecter.

Une telle détection pourrait étayer l'idée selon laquelle les trous noirs primordiaux sont une source primaire de matière noire dans tout l'univers.

« Grâce à des décennies de télémétrie de précision, les scientifiques connaissent la distance entre la Terre et Mars avec une précision d'environ 10 centimètres », explique l'auteur de l'étude, David Kaiser, professeur de physique et professeur Germeshausen d'histoire des sciences au MIT.

« Nous profitons de cette région de l'espace hautement instrumentée pour essayer de rechercher un petit effet. Si nous le voyons, cela constituera une véritable raison de continuer à poursuivre cette idée délicieuse selon laquelle toute la matière noire est constituée de trous noirs qui se sont formés en moins d'une seconde après le Big Bang et qui circulent dans l'univers depuis 14 milliards d'années. »

Kaiser et ses collègues rapportent leurs conclusions dans la revue Physical Review D. Les coauteurs de l'étude sont l'auteur principal Tung Tran, qui est maintenant étudiant diplômé à l'université de Stanford ; Sarah Geller Ph.D., qui est maintenant postdoctorante à l'université de Californie à Santa Cruz ; et Benjamin Lehmann, boursier Pappalardo du MIT.

Au-delà des particules

Moins de 20 % de la matière physique est constituée de matière visible, des étoiles et des planètes jusqu'à l'évier de cuisine. Le reste est composé de matière noire, une forme hypothétique de matière invisible sur l'ensemble du spectre électromagnétique, mais dont on pense qu'elle imprègne l'univers et exerce une force gravitationnelle suffisamment importante pour affecter le mouvement des étoiles et des galaxies.

our rechercher systématiquement d'autres jets cachés, l'équipe a inspecté les images radio à l'œil nu, utilisé des outils d'apprentissage automatique pour scanner les images à la recherche de signes de jets imminents et a fait appel à l'aide de scientifiques citoyens du monde entier pour examiner les images plus en détail.

Un article décrivant leur dernier lot de jets géants, contenant plus de 8 000 paires de jets, a été accepté pour publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Se cacher dans le passé

Pour trouver la galaxie d'où Porphyrion est originaire, l'équipe a utilisé le télescope radio géant à ondes métriques (GMRT) en Inde ainsi que des données auxiliaires d'un projet appelé Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), qui fonctionne depuis l'observatoire national de Kitt Peak en Arizona. Les observations ont permis de localiser la source des jets dans une galaxie imposante environ 10 fois plus massive que notre Voie lactée.

L'équipe a ensuite utilisé l'observatoire W. M. Keck à Hawaï pour montrer que Porphyrion se trouve à 7,5 milliards d'années-lumière de la Terre. « Jusqu'à présent, ces systèmes de jets géants semblaient être un phénomène de l'univers récent », explique Oei. « Si des jets lointains comme ceux-ci peuvent atteindre l'échelle de la toile cosmique, alors chaque endroit de l'univers a pu être affecté par l'activité des trous noirs à un moment donné du temps cosmique », explique Oei.

Les observations de Keck ont ​​également révélé que Porphyrion est né de ce qu'on appelle un trou noir actif en mode radiatif, par opposition à un trou noir en mode jet.

Lorsque les trous noirs supermassifs deviennent actifs, autrement dit lorsque leurs immenses forces de gravité tirent et réchauffent la matière environnante, on pense qu'ils émettent de l'énergie sous forme de rayonnement ou de jets. Les trous noirs en mode radiatif étaient plus courants dans l'univers jeune ou lointain, tandis que les trous noirs en mode jet sont plus courants dans l'univers actuel.

Le fait que Porphyrion soit issu d'un trou noir en mode radiatif a été une surprise, car les astronomes ne savaient pas que ce mode pouvait produire des jets aussi énormes et puissants. De plus, comme Porphyrion se trouve dans un univers lointain où les trous noirs en mode radiatif abondent, cette découverte implique qu'il pourrait rester encore beaucoup plus de jets colossaux à découvrir.

"Nous ne regardons peut-être que la pointe de l'iceberg", déclare Oei. "Notre étude LOFAR n'a couvert que 15 % du ciel. Et la plupart de ces jets géants sont probablement difficiles à repérer, nous pensons donc qu'il y en a beaucoup plus de ces mastodontes."

Des mystères en cours

On ne sait toujours pas comment les jets peuvent s'étendre aussi loin au-delà de leurs galaxies hôtes sans se déstabiliser. "Le travail de Martijn nous a montré qu'il n'y a rien de particulièrement spécial dans l'environnement de ces sources géantes qui les amène à atteindre ces grandes tailles", déclare Hardcastle, qui est un expert en physique des jets de trous noirs.

« Mon interprétation est que nous avons besoin d'un événement d'accrétion inhabituellement long et stable autour du trou noir supermassif central pour lui permettre d'être actif aussi longtemps - environ un milliard d'années - et pour garantir que les jets continuent à pointer dans la même direction pendant tout ce temps. Ce que nous apprenons du grand nombre de géants, c'est que cela doit être un phénomène relativement courant. »

Dans une prochaine étape, Oei veut mieux comprendre comment ces mégastructures influencent leur environnement. Les jets propagent des rayons cosmiques, de la chaleur, des atomes lourds et des champs magnétiques dans tout l'espace entre les galaxies. Oei s'intéresse spécifiquement à la mesure dans laquelle les jets géants propagent le magnétisme.

« Le magnétisme sur notre planète permet à la vie de prospérer, nous voulons donc comprendre comment il est apparu », dit-il. « Nous savons que le magnétisme imprègne la toile cosmique, puis se fraye un chemin dans les galaxies et les étoiles, et finalement dans les planètes, mais la question est : où commence-t-il ? Ces jets géants propagent-ils le magnétisme à travers

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COMMENTAIRES

Puisque l o n arrive pas a l isoler cette maière noire  partons la detecter dans le cosmos !!!

Une oscillation de Mars pourrait être le signe de la matière noire, selon étudecet article ....

Dans une nouvelle étude, des physiciens du MIT suggèrent que si la constituée de trous noirs primordiaux microscopiques - une idée proposée en 70- alors ces naines gravitationnelles devraient traverser notre système solaire au moins une fois par décennie. Un survol comme celui-ci,  introduirait une oscillation dans l'orbite de Mars, à un degré que la technologie actuelle pourrait réellement détecter.

 Tout cela relève d htpothèses  hardies !

2/Pour mes élèves :

Quelle est la différence entre l'énergie noire et les trous noirs ?Par exemple 

l'énergie noire des trous noirs supermassifs ? Les physiciens s'affrontent...

On pense que des trous noirs supermassifs ayant des millions ou des milliards de fois la masse de notre Soleil se cachent au cœur des galaxies. En revanche, l'énergie noire est un phénomène mystérieux qui étire littéralement l'espace et accélère l'expansion de l'univers. ...Elle este inexplicable 

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More information: Martijn Oei et al, Black hole jets on the scale of the cosmic web, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07879-y. www.nature.com/articles/s41586-024-07879-y

Rafaël I.J. Mostert et al, Constraining the giant radio galaxy population with machine learning and Bayesian inference, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202348897. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2405.00232

Journal information: arXiv  , Astronomy & Astrophysics  , Nature 

Provided by California Institute of Technology 

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