La matière noire pourrait nous aider à découvrir leur origine

Les mini-halos de matière noire dispersés dans tout le cosmos pourraient fonctionner comme des sondes très sensibles des champs magnétiques primordiaux. C'est ce qui ressort d'une étude théorique menée par SISSA et publiée dans Lettres d'examen physique.

Présents à d’immenses échelles, les champs magnétiques se retrouvent partout dans l’univers. Cependant, leur origine reste encore un sujet de débat parmi les chercheurs. Une possibilité intrigante est que les champs magnétiques soient apparus à proximité de la naissance de l’univers lui-même ; c'est-à-dire qu'il s'agit de champs magnétiques primordiaux.

Dans cette étude, le chercheur a montré que si les champs magnétiques sont effectivement primordiaux, ils pourraient alors provoquer une augmentation des perturbations de la densité de matière noire à petite échelle. L’effet ultime de ce processus serait la formation de mini-halos de matière noire qui, s’ils étaient détectés, feraient allusion à la nature primordiale des champs magnétiques. Ainsi, dans un paradoxe apparent, la partie invisible de notre univers pourrait être utile pour résoudre la nature d’une composante de la partie visible.

Faire la lumière sur la formation des champs magnétiques

“Les champs magnétiques sont omniprésents dans le cosmos”, explique Pranjal Ralegankar de SISSA, l'auteur de la recherche. “Une théorie possible concernant leur formation suggère que celles observées jusqu'à présent pourraient être produites aux premiers stades de notre univers.”

“Cependant, cette proposition manque d'explication dans le modèle standard de la physique. Pour faire la lumière sur cet aspect et trouver un moyen de détecter les champs magnétiques 'primordiaux', nous proposons avec ce travail une méthode que nous pourrions définir comme 'indirecte'. Notre approche repose sur une question : quelle est l’influence des champs magnétiques sur la matière noire ? » On sait qu’il n’y a pas d’interaction directe. Pourtant, comme l'explique Ralegankar, “il y en a un indirect qui se produit par la gravité”.

Directement de l'univers primordial

Les champs magnétiques primordiaux peuvent accroître les perturbations de densité des électrons et des protons dans l'univers primordial. Lorsque ceux-ci deviennent trop importants, ils influencent eux-mêmes les champs magnétiques. La conséquence est la suppression des fluctuations à petite échelle.

Ralegankar explique : « Dans l'étude, nous montrons quelque chose d'inattendu. La croissance de la densité des baryons induit gravitationnellement la croissance des perturbations de la matière noire sans possibilité d'annulation ultérieure. Cela entraînerait leur effondrement à petite échelle, produisant des mini-halos de matière noire. “. La conséquence, poursuit l'auteur, est que, bien que les fluctuations de densité de la matière baryonique soient annulées, elles laisseraient des traces à travers les mini-halos, le tout uniquement par interactions gravitationnelles.

“Ces découvertes théoriques”, conclut Pranjal Ralegankar, “suggèrent également que l'abondance des mini-halos n'est pas déterminée par la présence actuelle de champs magnétiques primordiaux mais plutôt par leur force dans l'univers primordial. Ainsi, une détection de mini-halos de matière noire Les halos renforceraient l'hypothèse selon laquelle les champs magnétiques se seraient formés très tôt, même dans la seconde qui a suivi le Big Bang. »