Pour détecter la matière noire, suivez les ondes gravitationnelles !
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Une équipe de physiciens du MIT et d’Europe a élaboré un modèle permettant d’identifier la signature de la matière noire dans les ondes gravitationnelles. En analysant 28 signaux, ils ont identifié un événement, GW190728, qui correspondrait à une fusion de trous noirs survenue dans un nuage dense de matière noire, plutôt que dans le vide spatial traditionnellement attendu.
Cette étude, publiée dans la revue Physical Review Letters, s’est concentrée sur les données publiques des observatoires LIGO-Virgo-KAGRA. Les chercheurs ont cherché une empreinte spécifique que la matière noire pourrait laisser sur les ondes gravitationnelles, ces ondulations de l’espace-temps.
Comment les trous noirs pourraient-ils révéler la matière noire ?
Le phénomène de « superradiance » est central à cette recherche. Ce concept postule que des particules de matière noire très légères, appelées scalaires, peuvent s’approcher d’un trou noir en rotation rapide et lui voler une partie de son énergie de rotation. Ce transfert d’énergie permet de former un nuage de matière noire extrêmement dense autour du trou noir.
Ce nuage modifie le comportement des trous noirs lorsqu’ils orbitent ensemble. En effet, il exerce une friction gravitationnelle, influençant leur mouvement orbital et, par conséquent, la forme de l’onde gravitationnelle émise lors de leur fusion. Les chercheurs ont ainsi pu prédire à quoi ressemblerait cette signature déformée.
Quelle preuve concrète a été identifiée dans les données ?
L’équipe a examiné 28 des signaux d’ondes gravitationnelles les plus clairs détectés jusqu’à présent. Pour chaque signal, ils ont comparé le signal observé à deux modèles : l’un simulant une fusion dans le vide, et l’autre dans un nuage de matière noire. Sur ces 28 événements, 27 correspondaient au scénario du vide, conformément aux attentes de la physique classique.
Cependant, le signal GW190728, détecté le 28 juillet 2019, s’est distingué. Ce signal montre une préférence pour le modèle intégrant la matière noire, indiquant que la forme de l’onde est plus cohérente avec une fusion survenue au sein d’un cocon de matière noire.
C’est la première fois qu’une telle correspondance est observée, bien qu’il ne s’agisse que d’un indice et non d’une preuve définitive.
Est-ce la fin du grand mystère cosmologique ?
Les chercheurs, comme Josu Aurrekoetxea du MIT, soulignent que la signification statistique n’est pas suffisamment élevée pour annoncer une découverte formelle. Ce résultat ne constitue pas une détection officielle de la matière noire, mais il suggère que des événements similaires auraient pu être détectés sans que l’on en prenne conscience, les classant simplement comme des fusions de trous noirs « classiques ».
Ce nouveau modèle pourrait fournir les outils nécessaires pour identifier des phénomènes de fusion dans des environnements potentiellement riches en matière noire. Alors que les détecteurs comme le réseau LVK continuent de collecter des données précises, la probabilité de découvrir des signaux encore plus probants augmente.
Source : Physical Review Letters
