La matière noire, la mystérieuse substance constituant le quart de la masse et de l'énergie de l'univers, pourrait être constituée de particules extrêmement minuscules et légères, selon de nouvelles recherches. Cette forme "floue" de matière noire - appelée ainsi parce que les longueurs d'onde de ces minuscules particules seraient étalées sur une zone colossalement immense - aurait modifié le cours de l'histoire cosmique et créé des filaments longs et vaporeux au lieu de galaxies grumeleuses dans le premier univers, selon les simulations.
Les résultats ont des conséquences observationnelles - les télescopes à venir seront en mesure de revenir sur cette première période de temps et potentiellement de distinguer entre différents types de matière noire, permettant aux physiciens de mieux comprendre ses propriétés.
La matière noire est une substance massive inconnue trouvée dans le cosmos. Il ne dégage aucune lumière - d'où le nom de matière noire - mais ses effets gravitationnels aident à lier les amas galactiques et à faire tourner les étoiles aux bords des galaxies plus rapidement qu'ils ne le feraient autrement. De nombreux scientifiques pensent que la plupart de la matière noire est froide, ce qui signifie qu'elle se déplace relativement lentement. Mais il existe des idées entièrement différentes, telles que la possibilité qu'il soit minuscule et flou, ce qui signifie qu'il se déplacerait rapidement parce qu'il est si léger.
"Nos simulations montrent que les premières galaxies et étoiles qui se forment sont très différentes dans un univers à matière sombre floue d'un univers à matière noire froide", Lachlan Lancaster, étudiant diplômé en astrophysique à l'Université de Princeton et co-auteur d'un nouvel article dans la revue Physical Review Letters, a déclaré à Live Science.
Lancaster a expliqué que les spéculations les plus courantes sur la matière noire suggèrent qu'elle est composée de particules massives faiblement interactives (WIMP), qui auraient quelques dizaines ou centaines de fois la masse d'un proton. Les simulations qui utilisent ce type de matière noire sont extrêmement efficaces pour recréer la structure à grande échelle de l'univers, y compris de vastes vides d'espace vide entourés de longs filaments aigres de gaz et de poussière, une formation connue sous le nom de toile cosmique. Mais à plus petite échelle, ces modèles contiennent un certain nombre de divergences par rapport à ce que les astronomes observent avec leurs télescopes. Dans cette vue standard, la matière noire devrait s'accumuler au centre des galaxies, mais personne ne l'a vue faire cela.
La matière sombre floue, en revanche, serait une lumière ahurissante, peut-être un milliardième de milliardième de milliardième de masse d'un électron, selon une déclaration du MIT. La mécanique quantique déclare que les particules peuvent également être considérées comme des ondes, avec des longueurs d'onde inversement proportionnelles à leur masse, a déclaré Lancaster. Ainsi, la longueur d'onde d'une telle particule lumineuse serait de plusieurs milliers d'années-lumière.
La matière noire floue aurait donc plus de mal à s'agglutiner que la matière noire WIMP froide. Dans des simulations, Lancaster et ses co-auteurs ont montré qu'un univers de matière noire froide aurait des galaxies qui se seraient formées assez rapidement à partir de halos sphériques.
Mais la matière sombre floue se fondrait à la place en de longues chaînes vaporeuses de matière - "plus de filaments géants que de galaxies grumeleuses", a déclaré Lancaster - et les galaxies seraient alors nées plus grandes et plus tard. La matière noire aurait également plus de mal à s'accumuler dans les centres des galaxies, ce qui pourrait expliquer pourquoi les astronomes n'observent pas cette masse quand ils regardent les galaxies.
Des instruments comme le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) au Chili et des télescopes de 30 mètres construits dans le monde entier seront bientôt en mesure de revenir sur certains des premiers jours de l'univers. On s'attend à ce qu'ils commencent à prendre des données au cours de la prochaine décennie, ce qui signifie "que nous commencerons à voir les effets de la matière noire floue ou à les éliminer", a déclaré Lancaster.
Bien que d'autres chercheurs aient spéculé sur la matière noire floue, les nouvelles simulations font un travail plus minutieux pour déterminer ses effets cosmologiques, a déclaré Jeremiah Ostriker, astrophysicien à l'Université Columbia qui n'était pas impliqué dans le travail.
"Cela aide à décrire les détails de ce que serait la formation de la structure dans cette théorie variante", a ajouté OStriker. "Et c'est l'une des théories de variantes les plus intéressantes."
Lancaster a déclaré que les futures simulations de son équipe pourraient se concentrer sur la capture de plus de détails sur les effets de la matière sombre floue, donnant potentiellement aux astronomes une meilleure idée de ce qu'ils pourraient s'attendre à voir à travers leurs télescopes.
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