La matière noire est une substance glissante. Pour autant que nous puissions en juger, il doit exister pour que nos modèles actuels de l’Univers fonctionnent. Mais non seulement nous ne pouvons pas la voir, la sentir ou interagir avec elle de quelque manière que ce soit, mais nous ne savons même pas ce qu’est vraiment la matière noire.
Nous avons cependant quelques indices, comme la façon dont la matière noire peut interagir ou “parler” à la matière ordinaire via la gravité. La façon dont ces interactions fonctionnent est encore un mystère, mais un nouvel article propose que quelque chose appelé « couplage non minimal » pourrait être la solution.
« Nous nous sommes demandé : la gravité est-elle mauvaise ou manquons-nous simplement de quelque chose de crucial dans la nature de la matière noire ? Et si la matière noire et la matière « baryonique » standard ne communiquaient pas comme nous l’avons toujours imaginé ? les trois auteurs, les cosmologues Giovanni Gandolfi, Andrea Lapi et Stefano Liberati, expliquent dans un communiqué de presse leurs travaux.
“Grâce à nos recherches, nous avons essayé de répondre à ces questions intrigantes.”
Notre meilleure estimation de ce que pourrait être la matière noire est des particules massives froides et à faible interaction, que les physiciens expérimentaux du monde entier tentent de détecter depuis des décennies, mais n’ont pas encore trouvé.
Malgré le bon fonctionnement de ce type particulier de matière noire dans nos modèles, il reste encore quelques problèmes. Un gros problème s’appelle le problème du halo cuspy, où la densité déduite de matière noire dans les galaxies ne correspond pas à ce que l’on appelle les simulations à N corps.
Ces simulations suggèrent que pour expliquer leur structure et leur mouvement actuels, dans les galaxies à faible matière, la matière noire devrait être « cuspide », ce qui signifie qu’elle est plus concentrée autour de la cuspide ou à l’extérieur de la galaxie. Mais les observations nous disent que la plupart des galaxies naines semblent contenir leur matière noire au milieu.
Cet article n’est certainement pas le premier et ne sera probablement pas le dernier à essayer de résoudre ces problèmes de matière noire, mais l’équipe a proposé une nouvelle tactique. Les chercheurs suggèrent que si la matière noire est couplée de manière non minimale à la gravité, cela résout le problème cuspy et un autre problème connexe appelé relation d’accélération radiale.
“Dans cet article, nous proposons encore un autre point de vue pour modifier le cadre standard de la matière noire froide et le rendre capable de décrire avec précision les courbes de rotation des galaxies observées et en même temps de reproduire fidèlement la relation d’accélération radiale”, écrit l’équipe dans leur nouveau papier.
“L’introduction d’un tel couplage peut conserver le succès de la matière noire froide à grande échelle cosmologique tout en améliorant son comportement dans les systèmes galactiques.”
Le couplage non minimal est un peu impropre. Cela signifie que la matière noire est directement couplée à une courbure de l’espace-temps appelée tenseur d’Einstein. En termes simples, il s’agit d’un nouveau type d’interaction entre la matière noire et la gravité. Si un couplage non minimal se produit, la matière noire interagit avec l’espace-temps d’une manière différente de la matière ordinaire.
“Cette caractéristique de la matière noire n’est pas un élément de la nouvelle physique fondamentale exotique”, déclarent les auteurs.
“On peut expliquer l’existence de ce couplage non minimal avec la seule physique connue”.
Ce n’est qu’une hypothèse, et bien qu’elle semble bien correspondre aux données d’observation dont nous disposons jusqu’à présent, la matière noire est toujours une bête compliquée. Nous aurons besoin de beaucoup plus de recherches pour déterminer si le couplage non minimal est en fait une caractéristique de la matière noire ou simplement une autre hypothèse qui nous pousse à découvrir ce qui se passe réellement.
“L’avenir de la matière noire s’annonce plus prometteur”, notent les auteurs dans un communiqué de presse.
“D’autres études seront menées pour explorer toutes les implications intéressantes de cette nouvelle fonctionnalité proposée de la matière noire. Nous ne serions pas surpris de découvrir que ce couplage non minimal pourrait résoudre d’autres questions sans réponse de l’Univers.”
La recherche a été publiée dans Le Journal d’Astrophysique.
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