Le télescope spatial Fermi ne parvient pas à voir la preuve de la matière noire

Parmi les événements les plus dramatiques de l'univers figurent la mort des étoiles lorsqu'elles s'effondrent dans des trous noirs et la collision des trous noirs eux-mêmes. Ces événements sont si violents qu'ils ébranlent le firmament, générant des ondes de gravité qui se propagent à travers le cosmos. Ils génèrent également d'énormes explosions de neutrinos qui peuvent parfois être captés par des télescopes à neutrinos géants sur Terre.

Mais si ces événements sont fascinants, notamment parce qu'ils impliquent presque certainement une physique au-delà de notre connaissance, ils sont extrêmement difficiles à observer. C'est parce que les neutrinos et les ondes de gravité sont notoirement timides.

Les neutrinos traversent généralement directement la Terre. En fait, les astronomes n'ont détecté qu'une seule fois des neutrinos provenant d'au-delà du système solaire et c'était il y a près de 25 ans lors d'une supernova appelée SN1987A.

Mais les neutrinos sont de véritables fêtards par rapport aux ondes de gravité. Les physiciens n'ont jamais vu une onde de gravité, malgré des centaines de millions de dollars dépensés en machines conçues pour les trouver.

Heureusement, il existe une troisième façon d'étudier ces événements extrêmes en utilisant les rayons gamma, les photons à ultra haute énergie. La mère de tous les télescopes à rayons gamma est le télescope spatial Fermi, qui scrute le cosmos depuis une orbite terrestre basse depuis trois ans maintenant.

Alors, quel meilleur moment pour faire le point sur ses découvertes, déclare Luca Baldini de l'Institut national italien de physique nucléaire à Pise et quelques amis. Ces gars-là représentent la collaboration internationale derrière Fermi, ils devraient donc le savoir.

Fermi a une vision unique de l'univers. À travers ses yeux, le ciel s'embrase d'une lumière gamma diffuse constante. Environ 70 pour cent de cela est généré par des rayons cosmiques de haute énergie qui se brisent dans notre galaxie. Le reste vient de l'au-delà, de processus que nous ne comprenons pas encore.

Superposée à cet arrière-plan, Fermi voit également l'éclatement occasionnel de rayons gamma provenant d'événements violents distants qui sont, bien que brièvement, parmi les choses les plus brillantes de l'Univers. Ce feu d'artifice cosmique est notre fenêtre sur les conditions les plus extrêmes du cosmos.

On pense que ces sursauts gamma sont la libération d'énergie équivalente à la masse de notre Soleil en une seule seconde, probablement lorsque des étoiles géantes s'effondrent pour former des trous noirs ou lorsque des trous noirs ou des étoiles à neutrons entrent en collision.

Fermi a jusqu'à présent vu plusieurs centaines de ces sursauts à des énergies qui s'étendent sur six ordres de grandeur, le plus élevé étant un événement du 10 mai 2009 qui a produit des photons d'une énergie de 31 GeV, la plus élevée jamais observée dans l'espace.

On ne sait pas exactement quel mécanisme produit une telle lumière à haute énergie, mais davantage de données seront certainement utiles.

Fermi transforme également notre compréhension des noyaux galactiques actifs : des trous noirs supermassifs au centre des galaxies. En combinant les observations de Fermi sur les éruptions de ces objets avec des observations à d'autres longueurs d'onde, les astronomes ont montré que tout mécanisme générant des rayons gamma génère également d'autres lumières.

Mais le résultat le plus controversé de Fermi concerne la matière noire. L'idée est que les particules de matière noire devraient s'annihiler en produisant des rayons gamma. Cela devrait produire des raies gamma à des fréquences spécifiques, mais Fermi n'en a trouvé aucune preuve.

D'autres preuves proviennent de galaxies naines qui ne sont pas faciles à voir dans la partie visible du spectre car elles sont principalement constituées de matière noire. Mais Fermi devrait être capable de capter les rayons gamma générés par cette matière noire. Jusqu'à présent, il n'a vu que peu de preuves de cela et de Baldini et co, donc ces preuves négatives seront bientôt publiées.

C'est une preuve alléchante que les physiciens et les astronomes sont encore en train de digérer. Leur tâche est de déterminer si les preuves sont là et que Fermi ne peut pas les voir ou si elles ne sont pas du tout là.

La vision de l'univers de Fermi est une façon unique d'étudier la matière noire qui fournit un contrepoint fascinant aux expériences terrestres. C'est quelque chose qui mérite d'être surveillé.

Réf : arxiv.org/abs/1106.3416 : Faits saillants scientifiques du Fermi Large Area Telescope

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