(Dhaval Brahmbhatt/Getty Images) Les scientifiques découvrent enfin combien matière noire - le matériau presque imperceptible censé tirer sur tout, mais n'émettant aucune lumière - pèse vraiment.
La nouvelle estimation aide à déterminer à quel point ses particules pourraient être lourdes – avec des implications sur ce qu'est réellement la substance mystérieuse.
La recherche réduit considérablement la masse potentielle de matière noire particules, entre environ 10 ^ moins 24 électronvolts (eV) et 10 ^ 19 Gigaélectron volts (GeV), entre 10 ^ moins 3 eV et 10 ^ 7 eV - une gamme possible de masses plusieurs billions de billions de fois plus petites qu'auparavant .
Les découvertes pourraient aider les chasseurs de matière noire à concentrer leurs efforts sur la gamme indiquée de masses de particules – ou elles pourraient révéler qu'une force jusque-là inconnue est à l'œuvre dans l'univers, a déclaré Xavier Calmet, professeur de physique et d'astronomie à l'Université de Sussex dans le Royaume-Uni.
Lié: Les 11 plus grandes questions sans réponse sur la matière noire
Calmet, ainsi que le doctorant Folkert Kuipers, également de l'Université du Sussex, ont décrit leurs efforts dans une nouvelle étude qui sera publiée dans le numéro de mars de Lettres physiques B .
Qu'est-ce que la matière noire ?
Selon certaines estimations, la matière noire représente environ 83 % de toute la matière de l'univers. On pense qu'il n'interagit avec la lumière et la matière ordinaire que par gravité, ce qui signifie qu'il ne peut être vu que par la façon dont il courbe les rayons lumineux.
Les astronomes ont trouvé les premiers indices de matière noire en regardant un amas galactique dans les années 1930, et les théories selon lesquelles les galaxies sont enfilées et bordées de vastes halos de matière noire sont devenues courantes après les années 1970, lorsque les astronomes ont réalisé que les galaxies tournaient plus vite qu'elles ne le devraient autrement. , compte tenu de la quantité de matière visible qu'ils contenaient.
Lié: Les 12 objets les plus étranges de l'univers
Les candidats possibles pour les particules de matière noire comprennent de minuscules particules fantomatiques connues sous le nom de neutrinos , des particules sombres et froides théoriques appelées axions, et des particules massives à faible interaction proposées, ou WIMP.
Les nouvelles limites de masse pourraient aider à éliminer certains de ces candidats, en fonction des détails du modèle spécifique de matière noire, a déclaré Calmet.
Gravité quantique
Ce que les scientifiques savent, c'est que la matière noire semble interagir avec la lumière et la matière normale uniquement par la gravité, et non par l'une des autres. forces fondamentales ; et ainsi les chercheurs ont utilisé des théories gravitationnelles pour arriver à leur gamme estimée pour les masses de particules de matière noire.
Il est important de noter qu'ils ont utilisé des concepts issus des théories de la gravité quantique, ce qui a abouti à une fourchette beaucoup plus étroite que les estimations précédentes, qui n'utilisaient que la théorie d'Einstein de la gravité générale. relativité .
'Notre idée était très simple', a déclaré Calmet à Live Science dans un e-mail. 'C'est incroyable que les gens n'y aient pas pensé auparavant.'
La théorie d'Einstein de relativité générale est basé sur la physique classique; il prédit parfaitement le fonctionnement de la gravité la plupart du temps, mais il s'effondre dans des circonstances extrêmes où les effets de la mécanique quantique deviennent importants, comme au centre d'un trou noir .
Les théories de la gravité quantique, quant à elles, tentent d'expliquer la gravité par la mécanique quantique, qui peut déjà décrire les trois autres forces fondamentales connues - la force électromagnétique, la une force puissante qui maintient la plupart de la matière ensemble, et le force faible qui provoque la désintégration radioactive.
Cependant, aucune des théories de la gravité quantique n'a encore de preuves solides pour les étayer.
Calmet et Kuipers ont estimé la limite inférieure de la masse d'une particule de matière noire en utilisant des valeurs de la relativité générale et ont estimé la limite supérieure à partir des durées de vie des particules de matière noire prédites par les théories de la gravité quantique.
La nature des valeurs de la relativité générale a également défini la nature de la limite supérieure, de sorte qu'ils ont pu dériver une prédiction indépendante de tout modèle particulier de gravité quantique, a déclaré Calmet.
L'étude a révélé que si les effets gravitationnels quantiques étaient généralement presque insignifiants, ils devenaient importants lorsqu'une hypothétique particule de matière noire mettait extrêmement longtemps à se désintégrer et lorsque l'univers était à peu près aussi vieux qu'il l'est maintenant (environ 13,8 milliards d'années), a-t-il déclaré. .
Les physiciens ont précédemment estimé que les particules de matière noire devaient être plus légères que la 'masse de Planck' - environ 1,2 x 10 ^ 19 GeV, au moins 1 000 fois plus lourdes que les plus grosses particules connues - mais plus lourdes que 10 ^ moins 24 eV pour s'adapter à observations des plus petites galaxies connues pour contenir de la matière noire, a-t-il déclaré.
Mais jusqu'à présent, peu d'études avaient tenté de réduire l'éventail, même si de grands progrès avaient été réalisés dans la compréhension de la gravité quantique au cours des 30 dernières années, a-t-il déclaré. 'Les gens ne regardaient tout simplement pas les effets de la gravité quantique sur la matière noire auparavant.'
Force inconnue
Calmet a déclaré que les nouvelles limites pour les masses de particules de matière noire pourraient également être utilisées pour tester si la gravité interagit seul avec la matière noire, ce qui est largement supposé, ou si la matière noire est influencée par une force inconnue de la nature.
'Si nous trouvions une particule de matière noire avec une masse en dehors de la plage discutée dans notre article, nous aurions non seulement découvert de la matière noire, mais également des preuves très solides qu'il existe une nouvelle force au-delà de la gravité agissant sur la matière noire', a-t-il déclaré.
Contenu connexe
Du Big Bang à aujourd'hui : instantanés de notre univers à travers le temps
Les 18 plus grands mystères non résolus de la physique
Les 15 galaxies les plus étranges de l'univers
Cet article a été initialement publié par Sciences en direct . Lire l'article d'origine ici .