La nébuleuse de la guitare. Cliquez pour agrandir
Puisqu'il constitue une grande partie de l'Univers, vous penseriez que nous saurions à présent ce qu'est la matière noire. Une équipe internationale de chercheurs est en train de théoriser que la matière noire pourrait être une classe de particules appelées «neutrinos stériles». Ces particules, formées juste au moment du Big Bang, pourraient expliquer la masse manquante de l'Univers et auraient pour effet secondaire pratique d'accélérer la formation précoce des étoiles.
La matière noire a peut-être joué un rôle majeur dans la création d'étoiles au tout début de l'univers. Si tel est le cas, cependant, la matière noire doit être constituée de particules appelées «neutrinos stériles». Peter Biermann de l'Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn et Alexander Kusenko de l'Université de Californie à Los Angeles ont montré que lorsque les neutrinos stériles se désintègrent, cela accélère la création d'hydrogène moléculaire. Ce processus aurait pu aider à éclairer les premières étoiles seulement 20 à 100 millions d'années après le big bang. Cette première génération d'étoiles a ensuite ionisé le gaz qui les entourait, quelque 150 à 400 millions d'années après le big bang. Tout cela fournit une explication simple à certaines observations plutôt déroutantes concernant la matière noire, les étoiles à neutrons et l'antimatière.
Les scientifiques ont découvert que les neutrinos ont une masse grâce à des expériences d'oscillation de neutrinos. Cela a conduit à penser qu'il existe des neutrinos «stériles» - également appelés neutrinos droitiers. Ils ne participent pas directement aux interactions faibles, mais interagissent par leur mélange avec les neutrinos ordinaires. Le nombre total de neutrinos stériles dans l'univers n'est pas clair. Si un neutrino stérile n'a qu'une masse de quelques kiloélectronvolts (1 keV est un millionième de la masse d'un atome d'hydrogène), cela expliquerait l'énorme masse manquante dans l'univers, parfois appelée «matière noire». Les observations astrophysiques soutiennent l'idée que la matière noire est probablement constituée de ces neutrinos stériles.
La théorie de Biermann et Kusenko met en lumière un certain nombre de puzzles astronomiques encore inexpliqués. Tout d'abord, pendant le big bang, la masse de neutrinos créés dans le big bang serait égale à ce qui est nécessaire pour rendre compte de la matière noire. Deuxièmement, ces particules pourraient être la solution au problème de longue date de la raison pour laquelle les pulsars se déplacent si rapidement.
Les pulsars sont des étoiles à neutrons tournant à très grande vitesse. Ils sont créés dans des explosions de supernova et sont normalement éjectés dans une direction. L'explosion leur donne une «poussée», comme un moteur de fusée. Les pulsars peuvent avoir des vitesses de centaines de kilomètres par seconde - voire parfois de milliers. L'origine de ces vitesses reste inconnue, mais l'émission de neutrinos stériles expliquerait les coups de pied pulsar.
La nébuleuse de guitare contient un pulsar très rapide. Si la matière noire est constituée de particules qui ont réionisé l’univers - comme le suggèrent Biermann et Kusenko - le mouvement du pulsar aurait pu créer cette guitare cosmique.
Troisièmement, les neutrinos stériles peuvent aider à expliquer l'absence d'antimatière dans l'univers. Dans le premier univers, les neutrinos stériles auraient pu «voler» ce qu'on appelle le «nombre de leptons» du plasma. Plus tard, l'absence de nombre de leptons a été convertie en nombre de baryons non nul. L'asymétrie qui en résulte entre les baryons (comme les protons) et les antibaryons (comme les antiprotons) pourrait être la raison pour laquelle l'univers n'a pas d'antimatière.
«La formation de trous noirs galactiques centraux, ainsi que la structure à des échelles subgalactiques, favorise les neutrinos stériles pour tenir compte de la matière noire. Le consensus de plusieurs éléments de preuve indirects laisse penser que la particule de matière noire recherchée depuis longtemps peut en effet être un neutrino stérile », explique Peter Biermann.
Source d'origine: Max Planck Society
