{"id":1946,"date":"2025-08-17T11:31:09","date_gmt":"2025-08-17T08:31:09","guid":{"rendered":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/?p=1946"},"modified":"2025-11-20T11:34:58","modified_gmt":"2025-11-20T08:34:58","slug":"interaction-des-etoiles-des-galaxies-et-de-la-matiere-noire","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/2025\/08\/17\/interaction-des-etoiles-des-galaxies-et-de-la-matiere-noire\/","title":{"rendered":"Interaction des \u00e9toiles, des galaxies et de la mati\u00e8re noire"},"content":{"rendered":"

Les conditions extr\u00eames que l’on retrouve dans les \u00e9toiles \u00e0 neutrons en font des laboratoires id\u00e9aux pour \u00e9tudier la physique dans des conditions uniques dans l’univers. Les scientifiques soup\u00e7onnent \u00e9galement que certaines \u00e9toiles mortes, compos\u00e9es de la mati\u00e8re la plus dense de l’univers connu, appel\u00e9es \u00e9toiles \u00e0 neutrons, pourraient servir de pi\u00e8ges \u00e0 particules de mati\u00e8re noire, qui entrent en collision \u00e0 grande vitesse et s’annihilent. De nouvelles recherches sugg\u00e8rent que les naines brunes, aussi appel\u00e9es \u00e9toiles rat\u00e9es, pourraient agir comme des pi\u00e8ges gravitationnels pour la mati\u00e8re noire, for\u00e7ant cette mati\u00e8re exotique \u00e0 interagir entre elles.<\/span><\/p>\n

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Les scientifiques pr\u00e9voient d’utiliser les \u00abhorloges\u00bb des \u00e9toiles mortes pour faire la lumi\u00e8re sur l’entit\u00e9 la plus myst\u00e9rieuse de l’univers: l’\u00e9nergie noire.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Ces garde-temps sont en r\u00e9alit\u00e9 des pulsars, des \u00e9toiles \u00e0 neutrons en rotation rapide, n\u00e9es de la mort d’\u00e9toiles au moins huit fois plus massives que le Soleil. Les conditions extr\u00eames que l’on retrouve dans les \u00e9toiles \u00e0 neutrons en font des laboratoires id\u00e9aux pour \u00e9tudier la physique dans des conditions uniques au monde.<\/span><\/p>\n

Les \u00ab\u00a0pulsars millisecondes\u00a0\u00bb peuvent tourner \u00e0 des centaines de tours par seconde et \u00e9mettre des faisceaux de rayonnement \u00e9lectromagn\u00e9tique depuis leurs p\u00f4les, tels des phares cosmiques per\u00e7ant l’espace. Leur nom vient du fait que, lors de leur premi\u00e8re observation, ces \u00e9toiles \u00e0 neutrons semblaient pulser, leur luminosit\u00e9 augmentant \u00e0 mesure que leurs faisceaux \u00e9taient dirig\u00e9s directement vers la Terre. Les r\u00e9sultats de l’\u00e9quipe ont \u00e9t\u00e9 pr\u00e9sent\u00e9s lors du National Astronomy Meeting (NAM) 2024 \u00e0 l’Universit\u00e9 de Hull le 15 juillet.<\/span><\/p>\n

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\nSch\u00e9ma illustrant l’effet de lentille gravitationnelle provoqu\u00e9 par la mati\u00e8re noire. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

La synchronisation ultra-pr\u00e9cise des variations de luminosit\u00e9 des pulsars \u00e0 l’\u00e9chelle milliseconde permet de les utiliser comme horloges cosmiques dans des \u00abantennes de chronom\u00e9trage des pulsars\u00bb. Ces antennes sont si pr\u00e9cises qu’elles peuvent mesurer les perturbations gravitationnelles de l’espace-temps, combin\u00e9es en une entit\u00e9 quadridimensionnelle appel\u00e9e \u00abespace-temps\u00bb, ce qui pourrait constituer un moyen id\u00e9al pour rechercher la mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n

\u00abLa science a d\u00e9velopp\u00e9 des m\u00e9thodes tr\u00e8s pr\u00e9cises pour mesurer le temps\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 John Losecco, chercheur sp\u00e9cialis\u00e9 dans la mesure du temps des pulsars \u00e0 l’Universit\u00e9 de Notre-Dame. \u00abSur Terre, nous avons des horloges atomiques, et dans l’espace, nous avons des pulsars.\u00bb<\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire est si myst\u00e9rieuse car elle n’interagit pas avec la lumi\u00e8re ni avec la mati\u00e8re normale. Si elle interagit, elle est tr\u00e8s faible et ind\u00e9tectable. La \u00abmati\u00e8re normale\u00bb est constitu\u00e9e d’atomes compos\u00e9s d’\u00e9lectrons, de protons et de neutrons, qui interagissent avec la lumi\u00e8re et la mati\u00e8re. Les scientifiques savent donc que la mati\u00e8re noire doit \u00eatre constitu\u00e9e d’autres particules.<\/span><\/p>\n

Malgr\u00e9 son absence d’interaction avec la lumi\u00e8re, la mati\u00e8re noire exerce une force gravitationnelle, dont la pr\u00e9sence peut \u00eatre d\u00e9duite de la mani\u00e8re dont cette force affecte la lumi\u00e8re et, de fait, la mati\u00e8re ordinaire. C’est l’effet de cette force gravitationnelle sur la lumi\u00e8re que Losecco et ses coll\u00e8gues ont cherch\u00e9 \u00e0 \u00e9tudier \u00e0 l’aide de pulsars.<\/span><\/p>\n

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\nVue d’artiste d’un r\u00e9seau de pulsars affect\u00e9s par les ondulations gravitationnelles g\u00e9n\u00e9r\u00e9es par un trou noir supermassif binaire dans une galaxie lointaine. Aurora Simonnet\/NANOGrav<\/span><\/em><\/p>\n

Selon la th\u00e9orie de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale d’Albert Einstein, les objets dot\u00e9s d’une masse courbent la structure m\u00eame de l’espace-temps, et la gravit\u00e9 na\u00eet de cette courbure. Lorsque la lumi\u00e8re traverse cette courbure, sa trajectoire est \u00e9galement modifi\u00e9e. Cela peut modifier le temps de propagation de la lumi\u00e8re, ce qui fait que la lumi\u00e8re provenant d’un m\u00eame objet distant atteint la Terre \u00e0 des moments diff\u00e9rents, ce qui la ralentit th\u00e9oriquement (la vitesse de la lumi\u00e8re ne change pas, seule la distance parcourue change).<\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire poss\u00e8de une masse, et par cons\u00e9quent, les amas de cette myst\u00e9rieuse forme de mati\u00e8re peuvent \u00e9galement courber l’espace-temps. Ainsi, la trajectoire de la lumi\u00e8re provenant d’objets lointains est courb\u00e9e et son temps d’arriv\u00e9e est retard\u00e9 lorsqu’elle traverse des amas de mati\u00e8re noire. Cet effet est appel\u00e9 \u00ablentille gravitationnelle\u00bb, le corps interm\u00e9diaire qui modifie la trajectoire de la lumi\u00e8re \u00e9tant appel\u00e9 \u00ablentille gravitationnelle\u00bb.<\/span><\/p>\n

Losecco et ses coll\u00e8gues ont \u00e9tudi\u00e9 les donn\u00e9es recueillies aupr\u00e8s de 65 pulsars du r\u00e9seau Parkes Pulsar Timing Array. Ils ont identifi\u00e9 une douzaine d’occurrences indiquant des changements et des retards dans la synchronisation des pulsars, g\u00e9n\u00e9ralement pr\u00e9cise \u00e0 la nanoseconde pr\u00e8s.<\/span><\/p>\n

Cela indique que les ondes radio \u00e9mises par ces balises cosmiques semblables \u00e0 des \u00e9toiles mortes traversent un espace d\u00e9form\u00e9 par une concentration invisible de masse quelque part entre le pulsar et le t\u00e9lescope. Les scientifiques supposent que ces masses invisibles pourraient \u00eatre des amas\u00a0 de mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n

\u00abNous exploitons le fait que la Terre, le Soleil, le pulsar et m\u00eame la mati\u00e8re noire se d\u00e9placent\u00bb, a expliqu\u00e9 Losecco. \u00abNous observons des variations dans les temps d’arriv\u00e9e dues aux variations de distance entre la masse observ\u00e9e et la ligne de vis\u00e9e de notre pulsar \u00abhorloge\u00bb.\u00bb<\/span><\/p>\n

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\nCette illustration montre une \u00e9toile \u00e0 neutrons en rotation rapide, entour\u00e9e d’un champ magn\u00e9tique bleu qui \u00e9met des jets d’ondes radio. NASA Goddard\/Walt Feimer<\/span><\/em><\/p>\n

Les \u00e9carts observ\u00e9s par l’\u00e9quipe sont relativement faibles. \u00c0 titre d’exemple, un corps de la masse du Soleil provoquerait un retard d’environ 10 microsecondes dans les ondes radio du pulsar. Les \u00e9carts estim\u00e9s du retard d\u00fb \u00e0 la mati\u00e8re noire observ\u00e9s par l’\u00e9quipe sont 10\u00a0000 fois inf\u00e9rieurs.<\/span><\/p>\n

\u00abL’une des d\u00e9couvertes indique une distorsion de la masse du Soleil d’environ 20%\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 le professeur Losecco. \u00abCet objet pourrait \u00eatre un candidat \u00e0 la mati\u00e8re noire.\u00bb<\/span><\/p>\n

L\u2019un des effets secondaires des recherches de l\u2019\u00e9quipe a \u00e9t\u00e9 d\u2019am\u00e9liorer la pr\u00e9cision des donn\u00e9es du Parkes Pulsar Timing Array, qui sont collect\u00e9es pour rechercher des preuves de rayonnement gravitationnel \u00e0 basse fr\u00e9quence.<\/span><\/p>\n\n

Des amas de mati\u00e8re noire peuvent ajouter des interf\u00e9rences, ou du \u00abbruit\u00bb, \u00e0 ces donn\u00e9es. Identifier et \u00e9liminer ce bruit aidera les scientifiques \u00e0 mieux exploiter l’ensemble de donn\u00e9es pour rechercher des perturbations de basse fr\u00e9quence dans l’espace-temps, appel\u00e9es ondes gravitationnelles. Cela pourrait r\u00e9v\u00e9ler un rayonnement gravitationnel provenant de fusions de trous noirs plus lointaines, et donc plus anciennes, et peut-\u00eatre m\u00eame des ondes gravitationnelles primordiales de fond, vestiges du Big Bang.<\/span><\/p>\n

\u00abLa v\u00e9ritable nature de la mati\u00e8re noire reste un myst\u00e8re\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Losecco. \u00abCette \u00e9tude apporte un nouvel \u00e9clairage sur la nature de la mati\u00e8re noire et sa r\u00e9partition dans la Voie lact\u00e9e, et pourrait am\u00e9liorer la pr\u00e9cision des donn\u00e9es sur les pulsars.\u00bb<\/span><\/p>\n

Les scientifiques \u00e9mettent l’hypoth\u00e8se que certaines \u00e9toiles mortes, compos\u00e9es de la mati\u00e8re la plus dense de l’univers connu, appel\u00e9es \u00ab\u00e9toiles \u00e0 neutrons\u00bb, pourraient servir de pi\u00e8ges \u00e0 particules de mati\u00e8re noire qui entreraient en collision \u00e0 grande vitesse et s’annihileraient. L’\u00e9quipe affirme que le processus d’annihilation r\u00e9chaufferait probablement les \u00e9toiles mortes de l’int\u00e9rieur.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Globalement, la mati\u00e8re noire est un sujet d\u00e9licat pour les chercheurs car, bien que constituant environ 85% de la mati\u00e8re de l’univers, elle est pratiquement invisible car elle n’interagit pas avec la lumi\u00e8re. La mati\u00e8re noire ne semble pas non plus interagir avec la \u00abmati\u00e8re normale\u00bb, compos\u00e9e de protons, de neutrons et d’\u00e9lectrons, ou si elle interagit, ces interactions sont rares et faibles. Nous ne les avons jamais observ\u00e9es. Cela soul\u00e8ve une question int\u00e9ressante: la mati\u00e8re noire interagit-elle avec elle-m\u00eame? Une \u00e9tude de 2024 men\u00e9e par Bell et ses coll\u00e8gues est disponible sur le d\u00e9p\u00f4t arXiv.<\/span><\/p>\n

Nicole Bell, physicienne th\u00e9oricienne \u00e0 l’Universit\u00e9 de Melbourne, s’int\u00e9resse aux auto-interactions de la mati\u00e8re noire, qui se produisent dans la mati\u00e8re ordinaire lorsqu’un \u00e9lectron et son antiparticule, un positon, se rencontrent et s’annihilent, lib\u00e9rant de l’\u00e9nergie. La mati\u00e8re noire est \u00e9lectriquement neutre, ce qui signifie que toutes les particules qui la composent pourraient, en th\u00e9orie, poss\u00e9der leurs propres antiparticules.<\/span><\/p>\n

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\nLe t\u00e9lescope spatial James Webb de la NASA, illustr\u00e9 sur cette illustration, peut d\u00e9tecter le rayonnement thermique des \u00e9toiles \u00e0 neutrons, signe d’une annihilation de mati\u00e8re noire. NASA GSFC\/CIL\/Adriana Manrique Gutierrez<\/span><\/em><\/p>\n

Et, comme pour l\u2019annihilation de la mati\u00e8re ordinaire, lorsque les particules de mati\u00e8re noire se rencontrent, l\u2019annihilation de la mati\u00e8re noire devrait se produire, et les \u00e9toiles \u00e0 neutrons pourraient \u00eatre l\u2019environnement extr\u00eame id\u00e9al pour de telles interactions.<\/span><\/p>\n

L’annihilation se produit lorsqu’une particule et une antiparticule entrent en collision et se d\u00e9truisent mutuellement. C’est ce qui se produirait si la mati\u00e8re noire \u00e9tait sa propre antiparticule, comme le supposent souvent les mod\u00e8les de mati\u00e8re noire les plus \u00e9tudi\u00e9s. La capture et l’annihilation de la mati\u00e8re noire dans les \u00e9toiles \u00e0 neutrons fourniraient la chaleur qui emp\u00eacherait l’\u00e9toile de trop se refroidir.<\/span><\/p>\n

Cela signifie que si les \u00e9toiles \u00e0 neutrons peuvent agir comme des \u00abpi\u00e8ges \u00e0 mati\u00e8re noire\u00bb, elles pourraient \u00e9mettre une signature thermique. Si celle-ci est d\u00e9tect\u00e9e, elles pourraient agir comme des \u00abd\u00e9tecteurs de mati\u00e8re noire\u00bb rudimentaires, aidant les scientifiques \u00e0 traquer cette forme de mati\u00e8re largement invisible.<\/span><\/p>\n

Une \u00e9toile \u00e0 neutrons na\u00eet lorsqu’une \u00e9toile d’au moins huit fois la masse du Soleil manque de combustible pour alimenter la fusion nucl\u00e9aire dans son noyau. Cela met fin \u00e0 la force de pouss\u00e9e de la pression de radiation qui a soutenu l’\u00e9toile contre la force de sa propre gravit\u00e9 pendant des millions, parfois des milliards, d’ann\u00e9es.<\/span><\/p>\n

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\nCoupe transversale d’une \u00e9toile \u00e0 neutrons remplie de mati\u00e8re quarkique exotique. Mais ces \u00e9toiles mortes pourraient-elles cacher quelque chose d’encore plus exotique? Jyrki Hokkanen\/CSC<\/span><\/em><\/p>\n

En cons\u00e9quence, le noyau de l’\u00e9toile s’effondre, provoquant une explosion de supernova. Cette onde de choc emporte les couches externes de l’\u00e9toile mourante, ainsi que la majeure partie de sa masse, laissant derri\u00e8re elle le noyau d’une \u00e9toile d’une masse une \u00e0 deux fois sup\u00e9rieure \u00e0 celle du Soleil, qui s’effondre sur une largeur d’environ 20 kilom\u00e8tres.<\/span><\/p>\n

Le fait de comprimer un corps \u00e9quivalent \u00e0 plus d’un demi-million de Terres dans un corps qui tiendrait naturellement \u00e0 l’int\u00e9rieur de Chicago a un effet consid\u00e9rable sur la mati\u00e8re du noyau de l’\u00e9toile. \u00c9lectrons et protons sont \u00e9cras\u00e9s, cr\u00e9ant une mer de neutrons, des particules que l’on trouve normalement uniquement dans le noyau des atomes. Cette mer de neutrons, qui compose une \u00e9toile \u00e0 neutrons, est si dense que si une cuill\u00e8re \u00e0 soupe de cette masse \u00e9tait l\u00e2ch\u00e9e sur Terre, elle p\u00e8serait plus d’un milliard de tonnes. C’est \u00e0 peu pr\u00e8s l’\u00e9quivalent du mont Everest.<\/span><\/p>\n

Les \u00e9toiles \u00e0 neutrons sont donc constitu\u00e9es de la mati\u00e8re la plus dense de l’Univers connu, ce qui explique pourquoi les scientifiques pensent que leur attraction gravitationnelle pourrait \u00eatre suffisamment forte pour retenir la mati\u00e8re noire, qui, bien qu’elle n’interagisse pas avec la lumi\u00e8re et la mati\u00e8re, interagit avec la gravit\u00e9.<\/span><\/p>\n

Bell explique que l’annihilation de mati\u00e8re noire \u00e9tait consid\u00e9r\u00e9e comme fr\u00e9quente lorsque l’univers, vieux de 13,8 milliards d’ann\u00e9es, avait moins d’une seconde d’\u00e2ge, mais qu’elle est consid\u00e9r\u00e9e comme rare dans l’univers moderne. Les seules exceptions sont les r\u00e9gions contenant de grandes quantit\u00e9s de mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n

Et si la mati\u00e8re noire peut effectivement s\u2019accumuler dans les profondeurs des \u00e9toiles \u00e0 neutrons, Bell et ses coll\u00e8gues ont d\u00e9couvert que cela pourrait fournir l\u2019environnement riche en mati\u00e8re noire id\u00e9al pour lui permettre de s\u2019annihiler dans l\u2019ancien univers.<\/span><\/p>\n

\u00abEn fin de compte, il pourrait y avoir suffisamment de mati\u00e8re noire dans une petite zone pour qu\u2019une annihilation significative de mati\u00e8re noire puisse se produire dans ces \u00e9toiles\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Bell.<\/span><\/p>\n

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\nIllustration d’une \u00e9toile \u00e0 neutrons compar\u00e9e \u00e0 l’\u00eele de Manhattan. Centre spatial Goddard de la NASA.<\/span><\/em><\/p>\n

Bell a ajout\u00e9 que dans les exp\u00e9riences sur la mati\u00e8re noire men\u00e9es dans les laboratoires sur Terre, les scientifiques recherchent des signaux provenant de particules de mati\u00e8re noire interagissant avec la mati\u00e8re normale, mais les \u00e9toiles \u00e0 neutrons ont un avantage naturel \u00e0 cet \u00e9gard.<\/span><\/p>\n

En laboratoire, nous recherchons des particules de mati\u00e8re noire entrant en collision avec des noyaux atomiques. Mais si cela est possible, alors la mati\u00e8re noire devrait \u00e9galement pouvoir entrer en collision avec des neutrons et des protons dans les \u00e9toiles \u00e0 neutrons. Or, les \u00e9toiles \u00e0 neutrons contiennent beaucoup de neutrons.<\/span><\/p>\n

Dans l\u2019\u00e9tude des \u00e9toiles \u00e0 neutrons et de la mati\u00e8re noire, l\u2019\u00e9norme gravit\u00e9 des \u00e9toiles \u00e0 neutrons peut cr\u00e9er une autre condition qui rend l\u2019auto-interaction des particules de mati\u00e8re noire \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur de ces \u00e9toiles mortes encore plus probable.<\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire est acc\u00e9l\u00e9r\u00e9e \u00e0 des vitesses proches de celle de la lumi\u00e8re lorsqu’elle percute une \u00e9toile \u00e0 neutrons. Ceci est utile car cela peut acc\u00e9l\u00e9rer les interactions, nous permettant potentiellement d’\u00e9tudier certains types d’interactions de mati\u00e8re noire quasiment impossibles \u00e0 observer exp\u00e9rimentalement sur Terre.<\/span><\/p>\n

L’annihilation de la mati\u00e8re noire lib\u00e8re de l’\u00e9nergie thermique dans ces pi\u00e8ges \u00e0 \u00e9toiles mortes. L’\u00e9quipe a donc \u00e9galement \u00e9tudi\u00e9 le temps n\u00e9cessaire aux \u00e9toiles \u00e0 neutrons et \u00e0 leur mati\u00e8re noire pi\u00e9g\u00e9e pour atteindre un \u00e9tat appel\u00e9 \u00ab\u00e9quilibre thermique\u00bb. C’est le point o\u00f9 les deux substances atteignent la m\u00eame temp\u00e9rature et o\u00f9 aucun transfert de chaleur ne peut plus se produire entre elles.<\/span><\/p>\n

Cette \u00e9tude a montr\u00e9 qu’une \u00e9toile \u00e0 neutrons remplie de mati\u00e8re noire pourrait atteindre l’\u00e9quilibre thermique en seulement 10\u00a0000 ans, ou un an seulement, selon le mod\u00e8le utilis\u00e9. En termes cosmiques, ce n’est qu’un clin d’\u0153il.<\/span><\/p>\n

Pour confirmer cette th\u00e9orie, les chercheurs doivent mesurer la temp\u00e9rature des \u00e9toiles \u00e0 neutrons. D\u00e9couvrir que ces \u00e9toiles extr\u00eamement mortes sont plus chaudes que pr\u00e9vu confirmerait que les particules de mati\u00e8re noire s’annihilent bel et bien dans leur noyau. Cependant, une telle d\u00e9couverte ne serait pas ais\u00e9e, car seules les \u00e9toiles \u00e0 neutrons plus anciennes et plus froides \u00e9mettent un rayonnement thermique non att\u00e9nu\u00e9 par d’autres rayonnements. Cela n\u00e9cessiterait l’instrument d’observation le plus puissant jamais lanc\u00e9 par l’humanit\u00e9 dans l’espace\u00a0: le t\u00e9lescope spatial James Webb.<\/span><\/p>\n

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\n(\u00c0 gauche) Vue d’artiste de la r\u00e9partition de la mati\u00e8re noire dans une \u00e9toile \u00e0 neutrons (\u00e0 droite). Centre de vol spatial Goddard de la NASA\/VOLKER SPRINGEL, INSTUTU MAX-PLANCK D’ASTROPHYSIQUE<\/span><\/em><\/p>\n

Les \u00e9toiles \u00e0 neutrons qui nous int\u00e9ressent le plus sont tr\u00e8s froides et difficiles \u00e0 observer. La temp\u00e9rature de ces \u00e9toiles produit un rayonnement proche infrarouge qui pourrait \u00eatre observ\u00e9 par le t\u00e9lescope spatial James Webb (JWST).<\/span><\/p>\n

Le manque de compr\u00e9hension de la nature des \u00e9toiles \u00e0 neutrons pourrait signifier que ce mod\u00e8le d\u2019annihilation sombre serait plus facile \u00e0 tester sur le type de restes stellaires qui subsistent apr\u00e8s la mort d\u2019\u00e9toiles plus petites comme le Soleil: les naines blanches.<\/span><\/p>\n

Les \u00e9toiles \u00e0 neutrons seraient efficaces pour capturer la mati\u00e8re noire gr\u00e2ce \u00e0 leur densit\u00e9 extr\u00eame. Mais ce sont aussi des \u00e9toiles relativement mal comprises. \u00abDes id\u00e9es similaires pourraient s’appliquer \u00e0 d’autres \u00e9toiles que nous connaissons mieux, comme les naines blanches.\u00bb<\/span><\/p>\n

Si la th\u00e9orie est correcte, elle permettra non seulement de mieux comprendre la mati\u00e8re noire, mais aidera \u00e9galement les scientifiques \u00e0 mieux comprendre l\u2019\u00e9volution des \u00e9toiles \u00e0 neutrons.<\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire peut \u00eatre captur\u00e9e par les \u00e9toiles et s’y accumuler. Dans ce cas, elle peut interagir avec elle-m\u00eame et s’annihiler, lib\u00e9rant ainsi de l’\u00e9nergie qui r\u00e9chauffe l’\u00e9toile.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Le terme \u00abnaines noires\u00bb pourrait faire penser \u00e0 une nouvelle race d’habitants de la Terre du Milieu adorateurs de Sauron, mais il s’agit en r\u00e9alit\u00e9 d’un nouveau type de corps stellaires que l’on suppose exister au centre des galaxies. Les recherches de l’\u00e9quipe ont \u00e9t\u00e9 publi\u00e9es dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) en 2025.<\/span><\/p>\n

Le pr\u00e9fixe \u00abobscur\u00bb ne fait pas ici r\u00e9f\u00e9rence au Seigneur des T\u00e9n\u00e8bres, mais \u00e0 la mati\u00e8re noire, une substance myst\u00e9rieuse qui constitue 85% de la mati\u00e8re de l’univers. Cette forme de mati\u00e8re reste pratiquement invisible car elle n’interagit pas avec la lumi\u00e8re, mais avec la gravit\u00e9.<\/span><\/p>\n

De nouvelles recherches sugg\u00e8rent que les naines brunes, aussi appel\u00e9es \u00ab\u00e9toiles rat\u00e9es\u00bb, pourraient agir comme des pi\u00e8ges gravitationnels pour la mati\u00e8re noire, provoquant l’interaction de cette mati\u00e8re exotique. Cela lib\u00e8re de l’\u00e9nergie, r\u00e9chauffant ces \u00e9toiles rat\u00e9es et les transformant de naines brunes en \u00e9toiles noires. Et plus ces naines noires accumulent de mati\u00e8re noire, plus elles \u00e9mettent d’\u00e9nergie sur leur face cach\u00e9e.<\/span><\/p>\n

Si cette id\u00e9e est correcte et que les naines noires habitent effectivement le centre de la Voie lact\u00e9e et d\u2019autres galaxies o\u00f9 la mati\u00e8re noire est la plus courante, cela donne aux scientifiques un indice fort quant aux particules hypoth\u00e9tiques non d\u00e9couvertes qui pourraient constituer cette myst\u00e9rieuse forme de mati\u00e8re.<\/span><\/p>\n

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\nIllustration de deux naines brunes sur fond du nuage mol\u00e9culaire de Pers\u00e9e. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

Cela s’explique par le fait que seules certaines particules de mati\u00e8re noire interagissent entre elles et s’autod\u00e9truisent, lib\u00e9rant ainsi de l’\u00e9nergie. L’exemple le plus frappant de telles particules auto-interagissantes est peut-\u00eatre celui des particules massives faiblement interactives (WIMP).<\/span><\/p>\n

\u00abLa mati\u00e8re noire interagit gravitationnellement, ce qui lui permet d’\u00eatre captur\u00e9e par les \u00e9toiles et de s’y accumuler\u00bb, explique Jeremy Sackstein, membre de l’\u00e9quipe de l’Universit\u00e9 d’Hawa\u00ef. \u00abSi cela se produit, elle peut \u00e9galement interagir avec elle-m\u00eame et s’annihiler, lib\u00e9rant ainsi de l’\u00e9nergie qui r\u00e9chauffe l’\u00e9toile.\u00bb<\/span><\/p>\n

Les naines brunes ont gagn\u00e9 le surnom malheureux d’\u00ab\u00e9toiles rat\u00e9es\u00bb car, bien qu’elles se forment comme des \u00e9toiles \u00e0 partir d’un nuage de gaz et de poussi\u00e8re en effondrement, elles ne parviennent pas \u00e0 accumuler suffisamment de masse pour initier la r\u00e9action de fusion entre l’hydrog\u00e8ne et l’h\u00e9lium dans leur noyau.<\/span><\/p>\n

Ce processus alimente les \u00e9toiles de la s\u00e9quence principale comme le Soleil. Les naines brunes brillent faiblement en raison de la fusion nucl\u00e9aire qui s’y produit et de leur propre effondrement sous l’effet de leur propre gravit\u00e9. Mais au centre des galaxies, ces \u00e9toiles rat\u00e9es pourraient disposer d’une source d’\u00e9nergie alternative.<\/span><\/p>\n

\u00abLes naines noires sont des objets de tr\u00e8s faible masse, environ 8% de celle du Soleil\u00bb, explique Sackstein. \u00abCes objets accumulent de la mati\u00e8re noire, ce qui les aide \u00e0 devenir des naines noires.\u00bb<\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire interagit gravitationnellement, mais pas avec d’autres mati\u00e8res, ce qui lui permet de tomber au centre des galaxies sans rencontrer beaucoup de r\u00e9sistance. Cela signifie que le centre des galaxies est riche en mati\u00e8re noire et constitue donc l’endroit le plus propice \u00e0 la d\u00e9couverte de naines noires.<\/span><\/p>\n

\u00abPlus il y a de mati\u00e8re noire autour de nous, plus on peut en capturer\u00bb, a expliqu\u00e9 Sackstein. \u00abEt plus une \u00e9toile contient de mati\u00e8re noire, plus elle produira d’\u00e9nergie lors de son annihilation.\u00bb<\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire ne peut alimenter les naines noires qu’en interagissant avec elle-m\u00eame. M\u00eame si ces interactions sont rares ou \u00abfaibles\u00bb (ce qui explique pourquoi nous ne les avons pas encore d\u00e9tect\u00e9es), l\u00e0 o\u00f9 la mati\u00e8re noire est comprim\u00e9e gravitationnellement, comme dans le noyau d’une naine brune, elles pourraient devenir fr\u00e9quentes.<\/span><\/p>\n

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\nIllustration de la mati\u00e8re noire engloutissant une naine noire. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

L’existence de naines noires pourrait donc exclure des candidats \u00e0 la mati\u00e8re noire sans interaction, ainsi que des particules trop l\u00e9g\u00e8res. Parmi celles-ci, on peut citer les axions, actuellement les principaux candidats \u00e0 la mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n

\u00abPour que les naines noires existent, la mati\u00e8re noire doit \u00eatre constitu\u00e9e de WIMP, ou de toute particule lourde qui interagit si fortement les unes avec les autres qu’elle produit de la mati\u00e8re visible\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Sackstein.<\/span><\/p>\n

Bien s\u00fbr, tout cela ne serait que pure sp\u00e9culation si l’\u00e9quipe ne parvenait pas \u00e0 trouver un moyen de d\u00e9tecter les naines noires et de les distinguer des naines brunes, qui n’utilisent pas de mati\u00e8re noire, ou des \u00e9toiles ordinaires.<\/span><\/p>\n

Des chercheurs proposent un marqueur chimique sp\u00e9cifique qui pourrait \u00eatre un signe r\u00e9v\u00e9lateur de naines noires: l’isotope lithium-7, qui br\u00fble facilement et est donc rapidement absorb\u00e9 par les \u00e9toiles normales.<\/span><\/p>\n

\u00abIl y avait plusieurs marqueurs, mais nous avons propos\u00e9 le lithium-7 car il produirait un effet vraiment unique\u00bb, a expliqu\u00e9 Sackstein. \u00abAinsi, si l’on trouvait un objet ressemblant \u00e0 une naine noire, on pourrait rechercher ce lithium, car il ne serait pas pr\u00e9sent s’il s’agissait d’une naine brune ou d’un objet similaire.\u00bb<\/span><\/p>\n

L’\u00e9quipe estime que des t\u00e9lescopes puissants tels que le t\u00e9lescope spatial James Webb (JWST) de la NASA sont d\u00e9j\u00e0 capables de d\u00e9tecter des naines sombres, froides et peu lumineuses.<\/span><\/p>\n

Sackstein soutient que si une naine noire \u00e9tait d\u00e9couverte au centre de la Voie lact\u00e9e, cela constituerait une preuve \u00abassez convaincante\u00bb que les WIMP sont des particules de mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n\n

\u00abAvec des candidats \u00e0 la mati\u00e8re noire l\u00e9gers comme l’axion, je ne pense pas qu’on obtienne quelque chose qui ressemble \u00e0 une naine noire. Elles ne s’accumulent pas \u00e0 l’int\u00e9rieur des \u00e9toiles\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 le chercheur. \u00abSi nous d\u00e9couvrons une naine noire, ce serait une preuve solide que la mati\u00e8re noire est lourde et interagit fortement avec elle-m\u00eame, mais faiblement avec la mati\u00e8re \u00abnormale\u00bb. Cela inclut les classes WIMP, mais aussi d’autres mod\u00e8les plus exotiques.\u00bb<\/span><\/p>\n

\u00abL’observation d’une naine noire ne nous donne pas une conclusion d\u00e9finitive selon laquelle la mati\u00e8re noire est une WIMP, mais cela signifierait qu’il s’agit soit d’une WIMP, soit de quelque chose qui se comporte comme une WIMP \u00e0 tous \u00e9gards.\u00bb<\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire interagit-elle avec elle-m\u00eame? La r\u00e9ponse pourrait r\u00e9sider dans de vastes amas de galaxies en collision.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

La mati\u00e8re noire est connue pour \u00eatre asociale : elle refuse d\u2019interagir avec la lumi\u00e8re et la mati\u00e8re \u00abnormale\u00bb, ce qui la rend pratiquement invisible. Mais les scientifiques ne savent pas avec certitude si la mati\u00e8re noire interagit avec elle-m\u00eame.<\/span><\/p>\n

Si les particules qui composent la mati\u00e8re noire interagissent entre elles, entrant en collision et peut-\u00eatre m\u00eame se d\u00e9truisant, une nouvelle \u00e9tude sugg\u00e8re que les amas de galaxies pourraient servir de collisionneurs naturels de mati\u00e8re noire. Cette m\u00e9thode de d\u00e9tection de la mati\u00e8re noire reposerait sur la rencontre et la collision de deux vastes groupes de galaxies.<\/span><\/p>\n

Ces amas de galaxies \u00e9tant remplis de mati\u00e8re noire, les astronomes pourraient \u00e9tudier ces sites de collisions cosmiques afin de d\u00e9tecter d’\u00e9ventuels signes d’interaction de la mati\u00e8re noire avec elle-m\u00eame. Les recherches de l’\u00e9quipe ont \u00e9t\u00e9 publi\u00e9es en avril 2024 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.<\/span><\/p>\n

\u00abLes amas de galaxies sont \u00e9galement domin\u00e9s par la mati\u00e8re noire\u00bb, explique Jacqueline McCleary, professeure adjointe de physique \u00e0 l’Universit\u00e9 Northeastern. \u00abDe 80 \u00e0 90% de leur masse est constitu\u00e9e de mati\u00e8re noire, et plus l’objet est massif, plus les particules de mati\u00e8re noire qui le composent se d\u00e9placent rapidement. En r\u00e9sum\u00e9, nous \u00e9tudions les collisions \u00e0 tr\u00e8s haute \u00e9nergie.\u00bb<\/span><\/p>\n

Cette absence d’interactions est l’une des raisons pour lesquelles la mati\u00e8re noire est si difficile \u00e0 comprendre. Bien qu’elle constitue plus de 80% de l’univers mat\u00e9riel et qu’elle exerce une attraction gravitationnelle qui emp\u00eache litt\u00e9ralement les galaxies de s’entrechoquer, la mati\u00e8re noire est pratiquement invisible car elle n’interagit pas avec la lumi\u00e8re. De m\u00eame, les particules de mati\u00e8re noire se glissent \u00e0 travers les particules de mati\u00e8re tels des fant\u00f4mes cosmiques.<\/span><\/p>\n

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\nL’illustration montre une galaxie emp\u00eatr\u00e9e dans un r\u00e9seau cosmique de mati\u00e8re noire invisible. Robert Lee<\/span><\/em><\/p>\n

Ces propri\u00e9t\u00e9s antisociales ont conduit les scientifiques \u00e0 comprendre que la mati\u00e8re noire ne pouvait \u00eatre constitu\u00e9e d’atomes compos\u00e9s d’\u00e9lectrons, de protons et de neutrons interagissant avec la lumi\u00e8re et entre eux. C’est ainsi qu’a d\u00e9but\u00e9 la recherche de particules candidates \u00e0 la mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n

\u00abTout dans l’univers est compos\u00e9 de particules, d’ondes et de champs. L’hypoth\u00e8se de d\u00e9part est donc que la mati\u00e8re noire doit \u00eatre une particule\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 McCleary. \u00abLa question est de savoir de quel type de particule il s’agit, car le concept de \u201cparticule\u201d est tr\u00e8s vague.\u00bb<\/span><\/p>\n

Les particules candidates \u00e0 ce type de particules vont des hypoth\u00e9tiques \u00abparticules massives \u00e0 faible interaction\u00bb (WIMPS) aux \u00abobjets massifs compacts de halo\u00bb (MACHO), en passant par de minuscules particules presque sans masse appel\u00e9es axions ou neutrinos st\u00e9riles. M\u00eame les minuscules trous noirs, vestiges du Big Bang, appel\u00e9s trous noirs primordiaux, sont consid\u00e9r\u00e9s comme des candidats \u00e0 la mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n

Le probl\u00e8me est que tous ces suspects sont ind\u00e9tectables et restent donc frustrants et hypoth\u00e9tiques.<\/span><\/p>\n

La nature fant\u00f4me de la mati\u00e8re noire signifie que nous ne pouvons pas simplement charger des particules de mati\u00e8re noire dans un acc\u00e9l\u00e9rateur de particules sur Terre, comme le Grand collisionneur de hadrons (LHC), pour les \u00e9craser ensemble et d\u00e9terminer leur composition.<\/span><\/p>\n

Ainsi, alors que le LHC a d\u00e9voil\u00e9 certains secrets du soi-disant \u00abmod\u00e8le standard de la physique des particules\u00bb en divisant les protons et en observant les flux de particules qui en r\u00e9sultent, la mati\u00e8re noire qui se trouve au-del\u00e0 de ce mod\u00e8le semble \u00eatre hors de port\u00e9e de l’acc\u00e9l\u00e9rateur de particules le plus puissant du monde.<\/span><\/p>\n

La seule fa\u00e7on de d\u00e9duire la pr\u00e9sence de mati\u00e8re noire est d\u2019examiner l\u2019interaction dans laquelle elle semble \u00eatre impliqu\u00e9e. La mati\u00e8re noire a une masse, et donc elle courbe l\u2019espace-temps (l\u2019unification quadridimensionnelle du temps et de l\u2019espace), lui donnant une influence gravitationnelle.<\/span><\/p>\n

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\nVue de l’amas de galaxies Abell 1689, montrant des galaxies violettes et des \u00e9toiles brillantes r\u00e9v\u00e9lant de vastes quantit\u00e9s de mati\u00e8re noire. NASA<\/span><\/em><\/p>\n

Cette influence peut contr\u00f4ler le mouvement de la mati\u00e8re ordinaire et de la lumi\u00e8re, et nous pouvons la d\u00e9tecter. C’est gr\u00e2ce \u00e0 cette approche indirecte que nous savons que les galaxies sont entour\u00e9es de vastes halos de mati\u00e8re noire, et que cette mati\u00e8re existe \u00e9galement en grande quantit\u00e9 pr\u00e8s du c\u0153ur des galaxies.<\/span><\/p>\n

Les scientifiques sugg\u00e8rent \u00e9galement que le regroupement des galaxies en vastes amas est d\u00fb \u00e0 de puissants filaments de mati\u00e8re noire invisible qui se propagent dans l’univers telle une toile invisible tiss\u00e9e par une araign\u00e9e cosmique. Cette toile cosmique contribue \u00e9galement \u00e0 la croissance et \u00e0 la masse des galaxies, car son attraction gravitationnelle exerce une attraction sur la mati\u00e8re ordinaire.<\/span><\/p>\n

McCleary et ses coll\u00e8gues ont propos\u00e9 d’abandonner l’acc\u00e9l\u00e9rateur de particules artificiel au profit d’un acc\u00e9l\u00e9rateur naturel. Ils estiment que si les amas de galaxies et la mati\u00e8re noire qu’ils contiennent entrent en collision avec une force suffisante, des interactions d\u00e9tectables de mati\u00e8re noire pourraient se produire \u2013 si la mati\u00e8re noire interagit r\u00e9ellement avec elle-m\u00eame.<\/span><\/p>\n

Ces interactions peuvent \u00eatre simples, comme des particules de mati\u00e8re noire entrant en collision et rebondissant les unes sur les autres, ou bien elles peuvent entra\u00eener une annihilation mutuelle et une lib\u00e9ration d’\u00e9nergie. Lorsque des particules et des antiparticules, comme un \u00e9lectron et son antiparticule appel\u00e9e positon, se rencontrent, elles s’annihilent mutuellement, lib\u00e9rant ainsi l’\u00e9nergie qu’elles contiennent. Certains mod\u00e8les de mati\u00e8re noire sugg\u00e8rent qu’elle est sa propre antiparticule, ce qui signifie qu’une forme d’interaction pourrait \u00eatre l’auto-annihilation, qui se produit lorsque deux particules de mati\u00e8re noire se rencontrent.<\/span><\/p>\n

Pour tester cette id\u00e9e, l’\u00e9quipe a cr\u00e9\u00e9 des simulations de collisions d’amas de galaxies sur des ordinateurs suffisamment puissants pour \u00e9tudier les collisions jusqu’aux interactions des particules. Cela a n\u00e9cessit\u00e9 de programmer les simulations \u00e0 l’aide de mod\u00e8les physiques d’interaction entre les \u00e9toiles, le gaz et la mati\u00e8re noire.<\/span><\/p>\n

Gr\u00e2ce \u00e0 cette simulation et \u00e0 d’autres similaires, les scientifiques pourront \u00e9tablir une feuille de route pour l’observation de v\u00e9ritables collisions de particules de mati\u00e8re noire. \u00c0 partir de l\u00e0, les chercheurs pourront recueillir des indices qui les aideront \u00e0 d\u00e9terminer certaines des caract\u00e9ristiques fondamentales qu’une particule de mati\u00e8re noire hypoth\u00e9tique devrait poss\u00e9der. Cela pourrait r\u00e9duire l’\u00e9ventail des particules de mati\u00e8re noire possibles.<\/span><\/p>\n

\u00abSi l’on peut mesurer une certaine auto-interaction ou lui fixer une limite sup\u00e9rieure, on exclut ou on autorise des classes de particules qui pourraient \u00eatre la mati\u00e8re noire\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 McCleary. \u00abSi l’on mesure une certaine auto-interaction, on introduit une classe diff\u00e9rente de particules. On autorise une classe diff\u00e9rente de th\u00e9ories.\u00bb<\/span><\/p>\n

\u00abCet article sugg\u00e8re \u00e9galement que si vous \u00e9tudiez un ensemble de, disons, 100 amas de galaxies en fusion, vous avez une chance de mesurer l’auto-interaction de la mati\u00e8re noire jusqu’\u00e0 un certain seuil.\u00bb<\/span><\/p>\n

\u00abCela semble paradoxal \u00e0 premi\u00e8re vue, car nous voulons toujours obtenir une r\u00e9ponse positive: \u00abQu’est-ce que c’est?\u00bb conclut McCleary. \u00abMais dans ce cas, nous sommes en quelque sorte oblig\u00e9s de nous demander: \u00abQu’est-ce que ce n’est pas?\u00bb C’est un processus d’\u00e9limination.\u00bb<\/span><\/p>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Les conditions extr\u00eames que l’on retrouve dans les \u00e9toiles \u00e0 neutrons en font des laboratoires id\u00e9aux pour \u00e9tudier la physique dans des conditions uniques dans l’univers. Les scientifiques soup\u00e7onnent \u00e9galement que certaines \u00e9toiles mortes, compos\u00e9es de la mati\u00e8re la plus dense de l’univers connu, appel\u00e9es \u00e9toiles \u00e0 neutrons, pourraient servir de pi\u00e8ges \u00e0 particules de mati\u00e8re noire, qui entrent en collision \u00e0 grande vitesse et s’annihilent. De nouvelles recherches sugg\u00e8rent que les naines brunes, aussi appel\u00e9es \u00e9toiles rat\u00e9es, pourraient agir comme des pi\u00e8ges gravitationnels pour la mati\u00e8re noire, for\u00e7ant cette mati\u00e8re exotique \u00e0 interagir entre elles.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1947,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[40,536],"tags":[905,903,305,904,906],"class_list":{"0":"post-1946","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-kosmos","8":"category-dalnii","9":"tag-axions","10":"tag-etoiles-a-neutrons","11":"tag-matiere-noire","12":"tag-naines-brunes","13":"tag-wimp"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1946","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1946"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1946\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1948,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1946\/revisions\/1948"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1947"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1946"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1946"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1946"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}