Pendant des décennies, la théorie dominante a soutenu que la matière noire – la substance invisible qui représente environ 85 % de la masse de l’univers – était « froide » immédiatement après le Big Bang. Cela signifie que ses particules constitutives se sont déplacées assez lentement pour s’agglutiner par gravité, formant ainsi les galaxies et les structures cosmiques plus grandes que nous observons aujourd’hui. De nouvelles recherches remettent en question cette hypothèse, suggérant que la matière noire aurait pu initialement être incroyablement chaude, se déplaçant à une vitesse proche de la lumière avant de se refroidir suffisamment pour amorcer la formation galactique.
Le changement de compréhension
L’étude, menée par des chercheurs de l’Université du Minnesota Twin Cities et de l’Université Paris-Saclay, propose que la matière noire aurait pu se « découpler » du plasma à haute énergie de l’univers primitif tout en restant ultrarelativiste – se déplaçant à des vitesses extrêmes. Ce scénario élargit la gamme de comportements possibles des particules de matière noire, ouvrant potentiellement la porte à de nouvelles voies expérimentales et observationnelles.
La clé réside dans la période de réchauffement qui suit l’expansion rapide de l’univers (inflation). Lors du réchauffage, l’énergie du gonflage est convertie en un mélange chaud de particules et de rayonnement. Dans des conditions spécifiques, les chercheurs démontrent que la matière noire créée à cette époque aurait pu naître à des vitesses proches de la lumière, mais se serait néanmoins suffisamment refroidie pour correspondre à la structure à grande échelle de l’univers.
Pourquoi c’est important
Le modèle de la « matière noire froide » est depuis longtemps au cœur de notre compréhension de la cosmologie. Si ces nouvelles découvertes se confirment, elles pourraient remodeler notre recherche de la matière noire elle-même. Les efforts de détection actuels reposent sur diverses méthodes (collisionneurs de particules, détecteurs souterrains et observations astrophysiques), toutes fondées sur l’idée que les particules de matière noire se déplacent relativement lentement.
Cette nuance soulève également des questions théoriques plus profondes sur les propriétés fondamentales de la matière noire et son rôle dans l’évolution cosmique.
« La matière noire est notoirement énigmatique », a déclaré Stephen Henrich, étudiant diplômé à l’Université du Minnesota. “L’une des rares choses que nous savons à son sujet, c’est qu’il doit faire froid… Nos résultats récents montrent que ce n’est pas le cas ; en fait, la matière noire peut être brûlante à sa naissance mais avoir encore le temps de se refroidir avant que les galaxies ne commencent à se former.”
Le paradoxe de la matière noire « chaude »
Historiquement, l’idée de « matière noire chaude » – des particules se déplaçant trop rapidement pour former efficacement des structures – a été rejetée. Le neutrino de faible masse, autrefois un candidat de choix, a été exclu il y a des décennies en raison de sa tendance à anéantir les structures galactiques plutôt qu’à les ensemencer.
Cependant, la nouvelle étude suggère que si la matière noire avait été produite pendant la phase chaotique de réchauffage du Big Bang, elle aurait pu se refroidir suffisamment pour agir comme une « matière noire froide ». Cela rouvre des possibilités pour les particules candidates précédemment rejetées.
Implications futures
Les découvertes de l’équipe, publiées dans Physical Review Letters, offrent une nouvelle perspective à travers laquelle observer les premiers instants de l’univers. S’ils sont confirmés, ils pourraient permettre de mieux comprendre les conditions qui ont immédiatement suivi le Big Bang et d’affiner notre recherche de la substance insaisissable qui façonne le cosmos.
Les travaux de l’équipe de recherche pourraient permettre aux scientifiques d’accéder à l’histoire de l’univers très proche du Big Bang.
L’étude s’intitule : Gel ultrarelativiste : un pont entre les WIMP et les FIMP. Phys. Rév. Lett 135, 221002 ; est ce que je: 10.1103/zk9k-nbpj
