29/08/2014

Des Photons Inconnus de 3,54 keV dans le Centre de notre Galaxie

La nouvelle est tombée au cœur de la torpeur estivale aoûtienne, le 12 août, sur le site de preprints Arxiv. Vous vous souvenez de la découverte que je vous ai rapportée le 26 février dernier : l'observation d'une raie inconnue à 3,5 keV en provenance du centre de la galaxie d'Andromède et de nombreux autres amas de galaxies, là où la concentration de matière noire serait la plus importante....


Spectre de rayons X mesuré dans le centre Galactique (Boyarsky et al.)
Et bien, l'une des équipes à l'origine de ces observations s'est penchée sur des données d'observations de notre propre galaxie, la Voie Lactée, à la recherche d'une présence éventuelle de ces photons de 3,5 keV mystérieux. Alexey Boyarsky de l'Université de Leiden et ses collègues Ukrainiens et Suisses ont exploré les données engrangées par le satellite XMM-Newton vers le centre galactique. Et la nouvelle est très intéressante puisqu'ils trouvent à nouveau la présence de rayons X ayant une énergie de 3,54 keV exactement!

Nous aurions donc des photons de 3,54 keV inconnus provenant du centre de la galaxie d'Andromède, de l'amas de Persée, de 73 autres amas de galaxies, et maintenant de notre propre galaxie.

Pourquoi ces photons de 3,54 keV sont-ils si intrigants ? Parce qu'ils ne correspondent à rien de connu (il existe bien des transitions atomiques de l'argon et du potassium qui se trouvent à proximité dans le spectre, mais pas tout à fait au même endroit, même lorsque sont pris en compte tous les effets de décalage spectral et autre élargissement spectral), et ces photons semblent provenir uniquement de zones où devrait se concentrer la matière noire (les centres galactiques et les centres des amas de galaxies), avec une répartition compatible avec celle de la matière noire modélisée.

XMM-Newton (ESA/CNES)
La seule solution plausible à ce jour pour cette source est une désintégration de particules légères de matière noire de type neutrinos stériles. Les neutrinos stériles seraient une nouvelle forme de neutrinos, beaucoup plus massifs que les trois neutrinos que nous connaissons. Le neutrino stérile est qualifié de cette manière car il ne produit aucune interaction avec la matière ordinaire, il n'est sensible qu'à la gravitation.

Et les théories décrivant les neutrinos stériles indiquent qu'un tel neutrino peut être instable, avec une très longue durée de vie, et se désintègre en deux particules emportant chacune la moitié de l'énergie de masse du neutrino stérile : un neutrino "normal" et un photon. C'est ce photon de désintégration qui serait observé à 3,54 keV. Le neutrino stérile aurait alors une masse de 7,08 keV.

Cependant, Boyarsky et al. se veulent prudents et n'osent pas parler de découverte. L'analyse des données des satellites XMM-Newton et Chandra dans ces régions galactiques est délicate, le signal est très faible. Il faudra encore d'autres observations pour rendre ces résultats plus robustes, ce qui devrait pouvoir être effectué l'année prochaine avec le lancement d'un nouveau télescope X prometteur.
Référence :

Checking the dark matter origin of 3.53 keV line with the Milky Way center
A. Boyarsky et al.
http://arxiv.org/pdf/1408.2503.pdf

2 commentaires :

bongo a dit…

S'il s'avère que ce sont bien des neutrinos stériles, alors ils composeraient une partie de la matière noire (tiède ?).
Est-ce que l'on peut dire pour autant que l'on a découvert la matière noire ?

Il me semblait que la composante principale de la matière noire était froide (avec des particules dont la masse est bien supérieure au keV ??)

Dr Eric SIMON a dit…

Non, le mot découverte n'est pas prononcé (d'ailleurs si c'était le cas, le titre de mon billet aurait probablement été un peu différent ;-))
Il faut rendre ces données encore plus robustes, et surtout essayer de trouver une origine connue pour ces photons. On peut difficilement les attribuer comme ça définitivement à des neutrinos stériles à partir de ce qui est détecté. Pour le moment c'est la seule solution envisagée, mais ça continue à bosser du côté des astroparticulistes...
Effectivement, une matière noire avec des particules de quelques GeV serait plus logique, mais où est la logique dans ce vaste truc étrange qu'on appelle Univers ?