18/10/2014

Possibles traces d'Axions en provenance du Soleil

Une équipe d'astronomes vient peut-être de mettre en évidence un signal indirect de l'existence de matière noire sous forme d'axions, et oui, encore eux... mais en provenance du Soleil cette fois... C'est en observant des rayons X dans la proximité de la Terre que cette équipe en est venu à cette conclusion.


Comme nous en avons déjà parlé ici encore très récemment, les axions, particules pour l'instant hypothétiques, peuvent, du fait de leur masse (certes très faible) et de leur quantité potentielle dans l'Univers, représenter une grande majorité de la matière noire. Ces axions auraient des propriétés physiques peu communes, comme celle de se transformer en photons en présence de champs magnétiques.

Le Soleil (SDO/NASA)
Le leader de cette équipe, George Fraser, est malheureusement décédé deux jours avant le soumission de leur article relatant ce qui pourrait être considéré comme la première pierre d'une découverte dans quelques années, aux Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, à paraître le 20 octobre. Un article de 67 pages contenant 39 figures!

Des axions pourraient être produits au cœur du Soleil, traverser facilement les couches internes de notre étoile, puis arriver à la périphérie de la Terre, où, par interaction avec le champ magnétique terrestre, elle se transformeraient en photons (gamme des rayons X). C'est en effet un excès de rayons X, complètement inexplicable qu'ont observé Fraser et ses collègues grâce au télescope spatial XMM-Newton. Inexplicable sauf à considérer la présence d'un flux d'axions en provenance du Soleil, qui permet de mettre une origine à ces photons X.
Les observations montrent que quand XMM-Newton passe à travers le champ magnétique terrestre, du côté exposé au Soleil, il mesure un flux de rayons X plus intense que lorsqu'il se trouve plus éloigné du champ magnétique. Or, en considérant toutes les sources possibles et imaginables connues de rayons X, ce flux atteignant XMM-Newton devrait être le même partout... Les chercheurs ont bien entendu évalué, selon eux, toutes les sources de rayons X potentielles, y compris des phénomènes un peu ésotériques comme des interactions du vent solaire avec le champ magnétique terrestre. Mais rien d'autre que l'hypothèse des axions ne permet d'expliquer correctement les observations.
Vue schématique du phénomène propose (University of Leicester)

Il y a un élément quelque peu surprenant toutefois, c'est que XMM-Newton détecte des rayons X même en étant dans une direction orthogonale à celle du Soleil, ce que les auteurs expliquent en montrant que les axions peuvent subir des diffusions avant de muter en photons. 
Mais des astrophysiciens, comme Peter Coles de l'université du Sussex, sont tout de même sceptiques face à ces observations, en estimant que l'excès de rayons X observé pourrait être dû à des effets inconnus de physique des plasmas. Il se trouve aussi que, d'après Garcia Irastorza, physicien de l'équipe du CERN Axion Solar Telescope, une autre expérience dédiée à la recherche d'axions produits par le Soleil, même si le signal est vraiment intriguant, l'explication avancée par les anglais impliquerait des propriétés physiques pour l'axion qui sont assez différentes de celles théorisées depuis plusieurs décennies.

Quoiqu'il en soit, il est encore trop tôt pour parler de découverte, ce que les astrophysiciens britanniques ne clament d'ailleurs pas. D'autres observations par d'autres types d'expériences sont nécessaires pour creuser ces observations. Et un autre télescope spatial pouvant détecter des rayons X, Chandra X-Ray Observatory, serait à même de faire le même type de mesures que XMM-Newton, avec quelques années d'analyses à prévoir...


Source : 
Potential solar axion signatures in X-ray observations with the XMM-Newton observatory
G. W. Fraser et al.
à paraître dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (octobre 2014)