Sombrero Galaxy, un objet parfait pour calculer la vitesse de rotation de la galaxie. (NASA/Hubble Heritage Team/STScI/AURA) On ne sait peut-être pas quoi matière noire est, mais les scientifiques ont maintenant une meilleure idée de ce qu'il faut rechercher.
Sur la base de la gravité quantique, les physiciens ont élaboré de nouvelles limites de masse supérieures et inférieures beaucoup plus strictes pour les particules de matière noire. Et ils ont découvert que la plage de masse est bien plus étroite qu'on ne le pensait auparavant.
Cela signifie que les candidats à la matière noire qui sont extrêmement légers ou lourds sont peu susceptibles d'être la réponse, sur la base de notre compréhension actuelle de l'Univers.
«C'est la première fois que quelqu'un pense à utiliser ce que nous savons de la gravité quantique comme moyen de calculer la plage de masse de la matière noire. Nous avons été surpris lorsque nous avons réalisé que personne ne l'avait fait auparavant - tout comme les collègues scientifiques qui ont révisé notre article », dit le physicien et astronome Xavier Calmet de l'Université de Sussex au Royaume-Uni.
'Ce que nous avons fait montre que la matière noire ne peut être ni 'ultra-légère' ni 'super-lourde' comme certains le pensent - à moins qu'une force supplémentaire encore inconnue agisse sur elle'. Cette recherche aide les physiciens de deux manières : elle concentre la zone de recherche de la matière noire et elle aidera potentiellement à révéler s'il existe ou non une mystérieuse force supplémentaire inconnue dans l'univers. »
La matière noire est indéniablement l'un des plus grands mystères de l'Univers tel que nous le connaissons. C'est le nom que nous donnons à une masse mystérieuse responsable d'effets gravitationnels qui ne peuvent être expliqués par ce que nous pouvons détecter par d'autres moyens - la matière normale comme les étoiles, la poussière et les galaxies.
Par exemple, les galaxies tournent beaucoup plus vite qu'elles ne le devraient si elles étaient simplement influencées gravitationnellement par la matière normale qu'elles contiennent ; la lentille gravitationnelle - la courbure de l'espace-temps autour d'objets massifs - est bien plus forte qu'elle ne devrait l'être. Tout ce qui crée cette gravité supplémentaire est au-delà de notre capacité à détecter directement.
Nous ne le connaissons que par l'effet gravitationnel qu'il a sur d'autres objets. Sur la base de cet effet, nous savons qu'il y en a beaucoup. À peu près 80 pourcent de toute matière dans l'Univers est la matière noire. C'est ce qu'on appelle la matière noire parce que, eh bien, c'est noir. Et aussi mystérieux.
Cependant, nous savons que la matière noire interagit avec la gravité, alors Calmet et son collègue, le physicien et astronome Folkert Kuipers de l'Université du Sussex, se sont tournés vers les qualités de la gravité quantique pour essayer d'estimer la gamme de masse d'une hypothétique particule de matière noire ( Quel qu'il soit).
La gravité quantique, expliquent-ils, impose un certain nombre de limites quant à l'existence de particules de matière noire de différentes masses. Bien que nous n'ayons pas de théorie du travail décent qui unit relativité générale La description de la gravitation dans l'espace avec la complexité discrète de la physique quantique, nous savons que toute fusion des deux refléterait certains principes fondamentaux des deux. En tant que telles, les particules de matière noire devraient obéir aux règles gravitationnelles quantiques sur la façon dont les particules se décomposent ou interagissent.
En prenant soigneusement en compte toutes ces limites, ils ont pu exclure des plages de masse peu susceptibles d'exister dans notre compréhension actuelle de la physique.
Partant de l'hypothèse que seule la gravité peut interagir avec la matière noire, ils ont déterminé que la masse de la particule devait se situer entre 10-3électronvolts et 10septélectronvolts, en fonction des spins des particules et de la nature des interactions avec la matière noire.
C'est incroyablement plus petit que le 10-24électronvolt à 1019gamme de gigaélectronvolts traditionnellement attribuée, ont déclaré les chercheurs. Et c'est important, car cela exclut largement certains candidats, tels que les WIMP (particules massives à faible interaction).
Si ces candidats s'avéraient plus tard être les coupables du mystère de la matière noire, selon Calmet et Kuipers, cela signifierait qu'ils sont influencés par une force que nous ne connaissons pas encore.
Ce serait vraiment cool, car cela indiquerait une nouvelle physique - un nouvel outil pour analyser et comprendre notre Univers.
Surtout, les contraintes de l'équipe fournissent un nouveau cadre à considérer dans la recherche de matière noire, aidant à préciser où et comment chercher.
'En tant que doctorant, c'est formidable de pouvoir travailler sur une recherche aussi passionnante et percutante que celle-ci', Kuipers a dit . «Nos découvertes sont une très bonne nouvelle pour les expérimentateurs, car elles les aideront à se rapprocher de la véritable nature de la matière noire.»
La recherche a été publiée dans Lettres de physique B .