Un autre coup pour la matière noire au centre de la Galaxie

Depuis une dizaine d'années les astronomes étudient un mystérieux rayonnement diffus provenant du centre de notre Galaxie. Au début, on pensait que ce rayonnement gamma pourrait provenir des particules insaisissables de matière noire que de nombreux chercheurs espèrent trouver. Cependant, des physiciens de l'Université d'Amsterdam et du Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique ont maintenant trouvé de nouvelles preuves que les étoiles à neutrons à rotation rapide sont une source beaucoup plus probable de ce rayonnement.

Figure 1. Gauche: Distribution spatiale de la lumière provenant de l'annihilation de la matière noire dans le centre de notre Galaxie. Droite: Distribution de la lumière d'une population de pulsars millisecondes dans le bulbe Galactique.

Figure 2. Comparaison de la masse stellaire (axe horizontal) et de la luminosité gamma (axe vertical) pour le "boxy bulge" (en bleu) et pour le "nuclear bulge" (en vert). La prédiction pour une population de pulsars milliseconde du disque galactique (en rouge) et le bulge de la galaxie d'Andromède (M31, en rose) sont également représentés.La masse stellaire et la luminosité sont proportionnelles les unes aux autres dans le centre de la Galaxie (ligne pointillée), ce qui montre que le l’exces mystérieux a très probablement une origine stellaire et ne provient pas de la matière noire.

Les observations du rayonnement gamma provenant de la région du centre Galactique avec le Large Area Telescope sur le satellite Fermi ont révélé une mystérieuse émission diffuse et étendue, découverte il y a presque 10 ans. L'émission générait beaucoup d'excitation dans la communauté de physique des particules, car elle présentait toutes les caractéristiques d'un signal longtemps recherché de l'annihilation des particules de matière noire dans le centre de notre Galaxie. Trouver un tel signal confirmerait que la matière noire, une substance qui jusqu'ici n'a été observée que par ses effets gravitationnels sur d'autres objets, est faite de nouvelles particules fondamentales. De plus, cela aiderait à déterminer la masse et d'autres propriétés de ces particules insaisissables de matière noire. Cependant, une étude récente montre que la meilleure interprétation astrophysique de cette émission est une nouvelle population dans le bulbe Galactique de milliers d'étoiles à neutrons à rotation rapide appelées pulsars millisecondes, qui ont jusqu'ici échappé aux observations à d'autres fréquences.

Où il y a des étoiles, il y a le rayonnement

"Comprendre en détail la morphologie [la localisation et la forme] et le spectre [les fréquences combinées] de l'excès est d'importance vitale pour discriminer entre la matière noire et d'autres interprétations astrophysiques", a déclaré Christoph Weniger, l'un des chercheurs ayant mené l'étude. Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l'Université d'Amsterdam et du Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique, une unité de recherche du Centre National de Recherche Scientifique, a trouvé des preuves solides que l'émission mystérieuse semble provenir de régions où il y a aussi une grande quantité de masse stellaire dans le bulbe Galactique (le "boxy bulbe") et le centre (le "bulbe nucléaire"). En outre, les chercheurs ont trouvé que le rapport lumière-masse dans le bulbe Galactique et le centre sont mutuellement compatibles, de sorte que l'émission de rayons gamma au GeV est un traceur étonnamment précis de la masse stellaire dans la Galaxie interne - voir figure 2. Cette étude était basée sur un nouvel outil d'analyse, SkyFACT (Sky Factorization with Adaptive Constrained Templates), développé par les chercheurs eux-mêmes, qui combine la modélisation physique avec l'analyse d'images.

Les résultats soutiennent l'interprétation pulsars milliseconde de l'excès gamma, puisque ni un signal de matière noire ni d'autres interprétations astrophysiques ne devraient montrer une telle corrélation. "Les résultats aideront à guider les recherches radio à venir pour cette population cachée de pulsars milliseconde dans le bulbe Galactique avec MeerKAT et le futur Square Kilometer Array", a déclaré Francesca Calore, un autre des auteurs de l'article. "Cela rend ces recherches encore plus prometteuses."

Référence

R. Bartels, E. Storm, C. Weniger et F. Calore, The Fermi-LAT GeV excess traces stellar mass in the Galactic bulge, Nature Astronomy 2018.

Grappa information

DOI: https: //doi.org/10.1038/s41550-018-0531-z

Preprint: https://arxiv.org/abs/1711.04778

Contact presse: Francesca Calore, Cette adresse email est protégée contre les robots des spammeurs, vous devez activer Javascript pour la voir.

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