Matière noire : et si un simple “frottement” gravitationnel venait de la démasquer ?

Des chercheurs du MIT ont développé un modèle théorique permettant d’identifier les fusions de trous noirs au sein de nuages de matière noire. Un signal d’ondes gravitationnelles, désigné GW190728, semble corroborer leurs prédictions, ouvrant ainsi une nouvelle voie pour la détection de cette « masse manquante » qui représente environ 85 % de la matière de l’Univers.

La matière noire est une entité mystérieuse qui n’interagit pas avec la lumière, rendant son observation par les télescopes classique impossible. Les scientifiques ont traditionnellement tenté de la détecter à travers des expériences souterraines ou des collisionneurs de particules. Cependant, puisque la matière noire exerce une influence gravitationnelle, il est envisageable de la repérer via des détecteurs d’ondes gravitationnelles, qui mesurent les déformations de l’espace-temps causées par des événements cosmiques violents, tels que les fusions de trous noirs.

L’empreinte du “vent” de matière noire

Lorsqu’une paire de trous noirs tourne l’un autour de l’autre avant de fusionner, ils émettent des ondes gravitationnelles qui déforment l’espace-temps. Dans un environnement dense en matière noire, cette dernière agit comme un milieu « visqueux », modifiant légèrement la vitesse à laquelle les trous noirs se rapprochent. Ce phénomène, connu sous le nom de friction dynamique, pourrait entraîner des distorsions dans le signal gravitationnel, créant une sorte de « frottement cosmique ».

L’étude du MIT et de ses partenaires européens a élaboré un modèle numérique capable de prédire avec précision comment la présence de matière noire altère la forme de l’onde gravitationnelle, suggérant que le signal ne serait plus « propre » mais porterait des marques distinctives de cette interaction.

GW190728 : un premier suspect identifié

L’analyse des données des interféromètres LIGO et VIRGO a permis d’identifier un candidat pertinent parmi 27 événements : GW190728. Cette fusion de trous noirs présente des anomalies conformes au modèle développé par les chercheurs. Bien que les scientifiques demeurent prudents face à d’autres explications possibles, cet événement constitue une première preuve tangible que leur méthode de détection peut être appliquée à des cas concrets.

Nuages de particules et superradiance

L’étude suggère également que si la matière noire est composée de particules légères, comme les axions, elle pourrait former des « nuages » autour des trous noirs en rotation. Ce phénomène, appelé superradiance, pourrait générer un signal gravitationnel continu et distinct de celui de la fusion, offrant une signature unique à traquer.

LISA, le super-interféromètre spatial

À l’avenir, l’arrivée de l’interféromètre spatial LISA, qui sera doté de bras de 2,5 millions de kilomètres, ainsi que du projet Cosmic Explorer, pourrait considérablement améliorer notre capacité à détecter la matière noire. Ce qui était autrefois une quête silencieuse devient une analyse acoustique de l’Univers, rapprochant les scientifiques d’une possible révélation de l’invisible.

Cette recherche souligne l’importance croissante des détecteurs d’ondes gravitationnelles dans la compréhension de l’Univers et de ses mystères.

Source : MIT