Une équipe comprenant des chercheurs de l’Institut Périmètre, de l’Université d’État de New York à Stony Brook et de l’Université Northwestern a publié cette semaine dans la revue Nature Communications des travaux qui montrent comment le futur projet LSST (Legacy Survey of Space and Time – Relevé patrimonial de l’espace et du temps) de l’Observatoire Vera-Rubin pourra étudier de nouvelles lois physiques et peut-être fournir certaines réponses dans la recherche de matière sombre.

En bref :

• Des bosons ultralégers, particules potentielles de matière sombre, pourraient affecter la rotation des trous noirs, et donc la fréquence des perturbations tidales.
• L’article récemment publié montre que les détections de perturbations tidales effectuées à l’Observatoire Vera-Rubin pourraient révéler l’existence de bosons ultralégers.

« Nous avons la chance d’assister à l’éclosion d’une nouvelle ère, où une quantité sans précédent de données de qualité nous permet d’aborder des questions restées sans réponse depuis des décennies », a déclaré Giacomo Fragione, l’un des auteurs de l’article. « C’est le cas des données qui seront recueillies par l’Observatoire Vera-Rubin, ce qui nous aidera à définir des restrictions concernant de nouvelles lois physiques et, le cas échéant, la matière sombre. » [traduction] M. Fragione est professeur-chercheur adjoint au CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics – Centre d’exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique) de l’Université Northwestern.

Les étoiles qui passent à proximité des trous noirs supermassifs situés au centre de galaxies peuvent être perturbées par la gravité de ces trous noirs. Cela entraîne des poussées de rayonnement électromagnétique observées sous forme de brillants éclairs lors de relevés du ciel. La fréquence de ces événements dépend de la masse et de la rotation des trous noirs, qui peuvent à leur tour être affectées par les lois physiques inconnues de la matière sombre.

« Nous avons de fortes preuves venant d’observations cosmologiques et des arguments théoriques fascinants en faveur de l’existence de particules qui restent à découvrir. Nous avons aussi des installations d’expérimentation allant de collisionneurs à haute énergie à des observatoires astrophysiques pour les trouver », a déclaré Daniel Egaña-Ugrinovic, postdoctorant à l’Institut Périmètre et auteur principal de l’article. « En tombant dans des trous noirs à d’énormes distances de la Terre, des milliers et des milliers d'étoiles produisent des éclairs de lumière que l’Observatoire Vera-Rubin nous permettra de voir. Peut-être que, sans que nous ne nous y attendions, nous pourrions trouver ces nouvelles particules en regardant de belles lueurs dans le ciel! » [traduction]

Depuis longtemps, des observations astrophysiques donnent à penser que la nature comporte de grandes quantités de matière sombre invisible. Certaines de ces nouvelles particules de matière sombre pourraient être des bosons ultralégers, type de particule qui interagirait très faiblement avec la matière ordinaire et qui serait donc difficile à détecter.

Cependant, la présence de bosons ultralégers pourrait affecter la rotation des trous noirs, et donc la fréquence des perturbations tidales stellaires. Dans leurs récents travaux, les auteurs de l’article ont effectué une analyse détaillée de cet effet, afin de déterminer si la recherche de perturbations tidales permettrait de définir des contraintes sur les propriétés des bosons ultralégers.

Les auteurs montrent que les mesures effectuées par l’Observatoire Vera-Rubin, dont l’entrée en fonction est prévue pour plus tard cette année, auront le potentiel de révéler l’existence de bosons ultralégers, rendant possible l’étude de toutes nouvelles lois physiques.

Ces travaux ont été financés par les organismes suivants : la Fondation nationale des sciences des États-Unis; la NASA; le département américain de l’Énergie; la Fondation Simons; la Fondation scientifique binationale américano-israélienne; le gouvernement du Canada, par le truchement du ministère de l’Innovation, des Sciences et du Développement économique; la Province de l’Ontario, par le truchement du ministère du Développement économique, de la Création d’emplois et du Commerce.