Des chercheurs ont révélé que l’observation d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs pourrait fournir de nouvelles informations sur la nature de la matière noire, selon des résultats présentés lors de la réunion nationale d’astronomie 2023. L’équipe internationale a utilisé des simulations informatiques pour étudier la génération de signaux d’ondes gravitationnelles dans des univers simulés avec différents types de matière noire. Ils proposent que le comptage des événements de fusion de trous noirs détectés par les observatoires de prochaine génération puisse indiquer si la matière noire interagit avec d’autres particules.
Les ondes gravitationnelles émises par la fusion de trous noirs pourraient révéler la nature de la matière noire, selon des simulations informatiques présentées lors de la réunion nationale d’astronomie de 2023.
À l’aide de simulations informatiques, une équipe internationale de cosmologistes a découvert que les observations d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs pourraient révéler la véritable nature de la matière noire. Ces résultats ont été présentés lors de la réunion nationale d’astronomie 2023 à Cardiff par le Dr Alex Jenkins de l’University College London, coauteur de l’étude.
L’équipe a utilisé des simulations informatiques pour étudier la production de signaux d’ondes gravitationnelles dans des univers simulés avec différents types de matière noire. Leurs conclusions montrent que le comptage du nombre de fusions de trous noirs détectées par la prochaine génération d’observatoires pourrait nous indiquer si la matière noire interagit ou non avec d’autres particules, ce qui nous permettrait de mieux comprendre de quoi elle est constituée.
Les cosmologistes considèrent généralement la matière noire comme l’une des plus grandes pièces manquantes dans notre compréhension du cosmos. Bien qu’il soit prouvé que la matière noire représente 85 % de toute la matière de l’univers, il n’existe actuellement aucun consensus sur sa nature profonde. Il s’agit notamment de savoir si les particules de matière noire peuvent entrer en collision avec d’autres particules telles que les atomes ou les neutrinos, ou si elles les traversent directement sans être affectées.
Un moyen de vérifier cela est d’examiner comment les galaxies se forment dans des nuages denses de matière noire appelés halos. Si la matière noire entre en collision avec des neutrinos, la structure de la matière noire se disperse, ce qui entraîne une diminution du nombre de galaxies formées. Le problème de cette méthode est que les galaxies qui disparaissent sont très petites et très éloignées de nous, de sorte qu’il est difficile de voir si elles sont là ou non, même avec les meilleurs télescopes disponibles.
Plutôt que de cibler directement les galaxies manquantes, les auteurs de cette étude proposent d’utiliser les ondes gravitationnelles comme mesure indirecte de leur abondance. Leurs simulations montrent que dans les modèles où la matière noire entre en collision avec d’autres particules, il y a beaucoup moins de fusions de trous noirs dans l’univers lointain. Bien que cet effet soit trop faible pour être observé par les expériences actuelles sur les ondes gravitationnelles, il constituera une cible de choix pour la prochaine génération d’observatoires actuellement en cours de planification.
Les auteurs espèrent que leurs méthodes contribueront à stimuler de nouvelles idées pour l’utilisation des données sur les ondes gravitationnelles afin d’explorer la structure à grande échelle de l’univers et de jeter un nouvel éclairage sur la nature mystérieuse de la matière noire.
Sownak Bose, de l’université de Durham, co-auteur de l’étude, a déclaré : « La matière noire reste l’un des plus grands mystères de notre compréhension de l’Univers. Cela signifie qu’il est particulièrement important de continuer à identifier de nouveaux moyens d’explorer les modèles de matière noire, en combinant les sondes existantes et les nouvelles sondes pour tester au mieux les prédictions des modèles. L’astronomie des ondes gravitationnelles offre une voie pour mieux comprendre non seulement la matière noire, mais aussi la formation et l’évolution des galaxies de manière plus générale ».
Markus Mosbech de l’Université de Sydney, un autre co-auteur, ajoute : « Les ondes gravitationnelles nous offrent une occasion unique d’observer l’Univers primitif, car elles passent sans entrave à travers l’Univers, et les interféromètres de la prochaine génération seront suffisamment sensibles pour détecter des événements individuels à de très grandes distances. »
Un autre membre de l’équipe de recherche, le professeur Mairi Sakellariadou du King’s College de Londres, a déclaré : « Les données sur les ondes gravitationnelles de troisième génération offriront un moyen nouveau et indépendant de tester le modèle actuel qui décrit l’évolution de notre Univers, et de faire la lumière sur la nature encore inconnue de la matière noire. »
La conférence NAM 2023 est principalement parrainée par la Royal Astronomical Society (RAS), le Science and Technology Facilities Council (STFC) et l’université de Cardiff.