Après une analyse détaillée de plus de huit ans de données accumulées, l'expérience IceCube en Antarctique ne détecte aucun neutrino stérile, cet hypothétique neutrino de 4ème génération dont l'impact théorique pourrait être énorme tant sur la matière noire que sur l'asymétrie matière-antimatière et dont des signes auraient pourtant été entrevus il y a quelques années par deux autres expériences. Ces nouvelles mesures de grande précision de l'expérience IceCube sont détaillées dans deux articles publiés dans Physical Review Letters et Physical Review D.
L'expérience américaine MINOS+, dédiée à l'étude de l'oscillation des neutrinos, vient de fournir ses derniers résultats. Les nouvelles données paraissent exclure l'existence d'un quatrième type de neutrino qui serait stérile et massif, contredisant les récents résultats de l'expérience concurrente MiniBooNE. La particule candidate alternative pour la matière noire est donc un peu mal en point...
Les derniers résultats expérimentaux de l’expérience américaine MiniBooNE qui étudie l’oscillométrie des neutrinos vient de rallumer le feu en faveur de l’existence d’une quatrième saveur de neutrino, un neutrino stérile, au-delà du modèle standard de la physique des particules.
Le détecteur IceCube a pour objectif principal d'étudier les neutrinos de très haute énergie qui proviennent du milieu extragalactique, mais il peut aussi être utilisé pour faire des études d'oscillométrie des neutrinos et chercher des signes de nouvelle physique, comme l'existence d'un quatrième neutrino, stérile.
Le neutrino stérile est issu de travaux théoriques et pourrait être fort intéressant si son existence était démontrée, car il possède une masse, subit donc la force de gravitation, mais n'interagit via aucune autre force, d'où son qualificatif de stérile. Il est donc virtuellement indétectable et serait ainsi un candidat idéal pour expliquer la matière noire. Et les neutrinos sont des particules qui ont la caractéristique rare d'osciller d'une saveur à l'autre. Les trois types de neutrinos connus peuvent se transformer l'un en l'autre au cours de leur trajet dans le vide ainsi que lorsqu'ils traversent la matière, où leur oscillation est d'ailleurs accentuée (c'est l'effet appelé MSW). Le neutrino stérile se comporterait de la même façon.
Il est donc possible théoriquement de déceler la présence de neutrinos stériles en observant attentivement comment des neutrinos "classiques" oscillent d'une saveur à l'autre au cours de leur traversée de grandes quantités de matière, comme l'épaisseur d'une planète par exemple.
Le taux de disparition des neutrinos mu en fonction de
leur énergie et de l'angle zénithal (IceCube Collaboration)
C'est ce à quoi se sont attachés de faire les physiciens de la vaste collaboration IceCube. D’après la théorie, une signature typique des neutrinos stériles qui auraient une masse d’environ 1 eV, serait une très forte disparition (par oscillation) des neutrinos muoniques atmosphériques ayant traversé la Terre. Les neutrinos atmosphériques sont les neutrinos qui sont produits dans la haute atmosphère par l’impact des rayons cosmiques (essentiellement des protons).
Comme ce type de mesure de baisse de flux en fonction de l’énergie incidente est accessible au détecteur IceCube, les physiciens ont recherché la présence de cet effet, afin de trouver (ou non) des indices de neutrinos stériles. La plage d’énergie des neutrinos ou antineutrinos muoniques explorée ici s’étend de 320 GeV à 20 TeV. Le résultat est que les chercheurs ne voient aucune trace de manque de neutrinos muoniques atmosphériques, ce qui leur permet de placer une nouvelle limite d’exclusion pour les neutrinos stériles, la plus contraignante construite à ce jour. Cette nouvelle limite est importante car elle exclut des résultats antérieurs qui avaient cru voir la présence de neutrinos stériles (les expériences LSND et MiniBooNE), via des anomalies observées dans des oscillations d’une saveur à l’autre qui paraissaient inexplicables autrement.
Depuis quelques années, plusieurs expériences sont parties à la recherche des neutrinos stériles, pouvant juste fixer des limites de plus en plus contraignantes dans l’espace des phases donnant la masse relative du neutrino stérile vis à vis des autres saveurs en fonction de son angle de mélange (sa façon d’osciller avec les autres saveurs).
Dans leur étude soumis à Physical Review Letters, les physiciens de la collaboration IceCube enfoncent le domaine en montrant à quel point IceCube se révèle être un outil puissant pour les études d’oscillométrie des neutrinos. Ils ont utilisé les données obtenues sur les neutrinos muoniques ayant traversé la croûte terrestre après avoir été produits dans la haute atmosphère de l’hémisphère nord. L’existence des neutrinos stériles aurait dû produire une forte disparition de ces neutrinos muoniques à une énergie située autour de quelques TeV. En effet, la traversée de matière, via les multiples interactions avec les électrons et les noyaux d’atomes, modifie l’intensité et la forme des oscillations des neutrinos, et cette variation dépend également de l’énergie incidente du neutrino.
La non-observation de la disparition des neutrinos mu attendue théoriquement si des neutrinos stériles existaient permet donc aux physiciens de contraindre les paramètres du modèle d’un ordre de grandeur plus fortement que ce que pouvaient obtenir les expériences similaires antérieures. Elle remet du coup sérieusement en question l’existence-même des neutrinos stériles, même si ces résultats ne les éliminent tout de même pas encore complètement. Elle pourrait en tous cas impacter durablement les futures stratégies de recherche de ce candidat idéal pour la matière noire.
Source :
Searches for Sterile Neutrinos with the IceCube Detector
Les neutrinos, depuis leur découverte, ont connus de multiples anomalies expérimentales qui se sont très souvent révélées des portes ouvertes vers la compréhension de nouveaux processus, voire d’une nouvelle physique, comme l’oscillation et l’existence de masse pour les neutrinos. Une des anomalies toujours incomprise malgré son observation répétée depuis plus de trente ans est l’anomalie des antineutrinos de réacteurs, qui pourrait être expliquée par l’existence d’un quatrième neutrino, un neutrino stérile. Cette anomalie de flux vient à nouveau d’être mise en évidence dans l’expérience américano-chinoise Daya Bay, mais cette fois-ci, elle s’accompagne d’une nouvelle anomalie…
Le complexe nucléaire de Daya Bay (Roy Kaltschmidt, Berkeley Lab)
L’étude des propriétés des (anti)neutrinos se fait depuis de nombreuses années à proximité de centrales nucléaires, qui sont de très grosses productrices de ces particules élusives si cruciales pour comprendre l’Univers. C’est d’ailleurs à proximité d’une des premières centrales nucléaires que furent observés les (anti)neutrinos pour la première fois en 1956.
La collaboration americano-chinoise Daya Bay a installé six gros détecteurs d’antineutrinos à proximité de trois centrales nucléaires comportant en tout six réacteurs nucléaires identiques de 2,9 GWth. Les détecteurs sont situés à différentes distances des réacteurs (entre 360 m et 1900 m) pour étudier les oscillations des neutrinos en fonction de la distance qu’ils parcourent. Ces détecteurs sont constitués de grandes quantités de scintillateur liquide dopé au gadolinium (20 tonnes chacun) bardées de centaines de photomultiplicateurs.
Spectre d'antineutrinos enregistré par Daya Bay par rapport au modèle théorique
(Brookhaven National Laboratory)
Les détecteurs de Daya Bay sont capables de mesurer non seulement le flux total des antineutrinos électroniques, mais aussi leur énergie, avec une précision encore jamais atteinte auparavant. Les physiciens parviennent ainsi pour la première fois à établir le spectre en énergie des antineutrinos électroniques produits en réacteur avec une précision de l’ordre de 1%.
Les expériences antérieures ayant étudié les antineutrinos de réacteur ont toutes mesuré un flux d’antineutrinos qui montrait un déficit par rapport au modèle théorique (le modèle de Huber-Müller) établi grâce à la connaissance des réactions nucléaires qui ont lieu dans les réacteurs (les fissions nucléaires de l’uranium et du plutonium produisant des isotopes radioactifs émetteurs béta). Toutes sans exception trouvaient un déficit de quelques pourcents, le plus souvent 6%. Et le résultat de la mesure de Daya Bay est formel : là aussi, un déficit de 6% sur le flux des antineutrinos électroniques est clairement visible.
Cette anomalie de flux confirmée une nouvelle fois pourrait asseoir encore un peu plus l’idée de l’existence d’un nouveau type de neutrino, qui serait totalement stérile, c’est-à-dire n’ayant pas la moindre interaction avec la matière hormis par la gravitation. Mais les chercheurs de Daya Bay, qui publient leur étude dans Physical Review Letters, pointent, grâce à la mesure précise de l’énergie des antineutrinos détectés, un élément qui pourrait remettre en cause cette explication.
Poster d'une conférence ayant eu lieu
en septembre 2011 à l'Université de Virginie
(Virginia Tech)
La collaboration Daya Bay fournit aujourd’hui la mesure la plus précise du spectre énergétique des antineutrinos et qui est totalement indépendante des modèles théoriques. Les chercheurs ont patiemment collecté plus de 300 000 antineutrinos durant 217 jours en mesurant leur énergie grâce à la mesure de l’énergie des positrons en coïncidence avec des neutrons, que les antineutrinos produisent dans leur détecteur par la réaction inverse de la décroissance béta.
En comparant la forme du spectre en énergie obtenu par rapport à celle attendue d’après le modèle théorique de Huber-Müller, les physiciens de Daya Bay observent une anomalie surprenante : une bosse apparaît dans le spectre aux environs de l’énergie 5 MeV. Il y a un excès d’antineutrinos à cette énergie avec une signifiance statistique de 4 sigmas; cet excès atteint 10% de ce que prévoyait le modèle théorique. Deux autres expériences de détection d’antineutrinos de réacteurs avaient vu un petit excès dans cette même gamme d’énergie, mais avec beaucoup moins de précision et de certitude que ces nouveaux résultats.
Cette découverte implique très probablement la nécessité de revoir les modèles théoriques de physique décrivant ce qui se passe dans les réacteurs nucléaires. L’écart observé dans le spectre en énergie pourrait simplement montrer que certains processus ont été mal pris en compte dans le modèle de Huber-Müller. Si le modèle théorique a un trou dans la raquette, cela peut vouloir dire que l’écart de 6% observé sur le flux total d’antineutrinos par rapport au modèle pourrait lui aussi être expliqué par ces lacunes théoriques. Ces nouvelles données sont d’ores et déjà fondamentales pour les futures grandes expériences étudiant les neutrinos de réacteurs, comme JUNO dans quelques années toujours en Chine.
L’anomalie des antineutrinos de réacteur vieille de plus de trente ans pourrait donc n’être au final qu’une erreur théorique, et le concept de neutrino stérile, presque exclusivement fondé sur l’existence de cette anomalie, prendrait un sérieux coup dans l’aile…
Source :
Measurement of the Reactor Antineutrino Flux and Spectrum at Daya Bay
Déménager toute une expérience de physique d'un continent à l'autre n'est ni banal ni anodin. On vient d'apprendre que l'expérience européenne ICARUS, dédiée à la recherche sur l'oscillation des neutrinos, et jusqu'alors implantée au laboratoire italien du Gran Sasso, allait migrer au Etats-Unis, pour être installée au célèbre FermiLab près de Chicago.
Le détecteur de neutrinos ICARUS au laboratoire
du Gran Sasso (INFN)
ICARUS a fonctionné au Gran Sasso durant 4 ans, entre 2010 et 2014 et tous ces équipements, ces détecteurs, sont aujourd'hui au CERN pour être mis à niveau. ICARUS mesurait des neutrinos produits par l'Homme, des neutrinos fabriqués au CERN, justement, grâce à un faisceau de particules. C'étaient les mêmes neutrinos que ceux qui avaient été mesurés comme étant supraluminiques fin 2011, souvenez-vous...
C'est dans le but avoué de trouver un nouveau type de neutrino que l'équipe européenne s'est laissée convaincre d'installer ses détecteurs à argon liquide auprès de l'accélérateur de FermiLab. Mais cette fois-ci, ICARUS ne sera donc pas à plus de 700 km de la source de neutrinos, mais tout près.
Le comité des programmes scientifiques de Fermilab a récemment proposé un programme, dirigé par le physicien américain Peter Wilson, pour installer non pas un mais trois gros détecteurs à proximité de l'un des sept grands accélérateurs du Fermi National Accelerator Laboratory (FermiLab pour les intimes), en plein dans le faisceau de neutrinos. Le but est clairement affiché : déterminer si oui ou non un 4ème neutrino, stérile, existe.
La raison qui pousse les américains à chercher le neutrino stérile (qui rappelons-le, est dit stérile car il n'interagirait strictement avec rien, sauf la gravitation), c'est que des indices ont été observés il y a presque 20 ans maintenant, dans deux expériences américaines : LSND (Liquid Scintillator Neutrino Experiment) à Los Alamos, et MiniBooNE à Fermilab déjà.
Ce qu'avaient entrevu ces deux expériences c'est une disparition de neutrinos "normaux" à courte distance de leur point de production. Ils auraient pu osciller vers le fameux état "stérile" et ainsi disparaître des écrans radar des détecteurs...
Inutile de préciser que l'existence d'un tel neutrino stérile chamboulerait pas mal le petit monde de la physique des particules, mais aussi celui de l'astrophysique, avec des implications multiples, à commencer par une nouvelle voie possible pour expliquer la masse manquante dans l'Univers. L'enjeu est plus qu'important.
ICARUS formera donc l'un des trois gros détecteurs, les deux autres sont tout d'abord le détecteur SBND (Short Baseline Neutrino Detector), avec ses 260 tonnes d'argon liquide, et qui sera situé le plus près dans le faisceau de neutrinos. SBND permettra de détecter les neutrinos du faisceau avant même qu'ils aient pu se transformer d'une espèce à l'autre (les trois espèces standard sont le neutrino électronique, le neutrino muonique et le neutrino tauique). SBND est encore en cours de construction par morceaux, entre les Etats-Unis, le Royaume-Uni et la Suisse.
Un peu plus loin dans le faisceau, se trouvera un détecteur déjà existant, qui s'appelle MicroBooNE, qui est le successeur de MiniBooNE, et qui fait tout de même une jolie masse de 170 tonnes. MicroBooNE est dédié exclusivement à la mise en évidence d'un neutrino stérile. Enfin, c'est encore un peu plus loin dans le faisceau que sera positionné ICARUS, ses 20 m de long et ses 760 tonnes. L'une des raisons pour lesquelles les physiciens d'ICARUS ont décidé de quitter le faisceau du CERN au profit de celui de FermiLab est que le faisceau du CERN n'était pas adapté pour la recherche du neutrino stérile. Il faut pouvoir se placer relativement à courte distance du lieu de production des neutrinos. Or au Gran Sasso, ICARUS se trouvait à 730 km de la source de neutrinos, bien trop loin.
Ce qui est passionnant dans cette montée en puissance de FermiLab dans la recherche sur les neutrinos, c'est qu'ils ont su faire travailler ensemble trois expériences, suffisamment différentes pour être totalement complémentaires. Les trois détecteurs devraient voir ensemble leurs premiers neutrinos à partir de 2018.
Et les américains ne s'arrêtent pas là. Ils ont vraiment décidé de mettre le paquet sur la recherche consacrée aux neutrinos de tous poils. En effet, à l'instar de ce qui se fait entre le CERN et le labo souterrain du Gran Sasso, les américains vont également installer des détecteurs à très longue distance pour étudier les oscillations des neutrinos produits à FermiLab, mais avec une distance encore plus grande, bien sûr.
Schéma du principe de mesure du faisceau de neutrino à très longue distance (Fermi National Accelerator Laboratory)
Cette fois-ci, c'est une expérience en cours de projet qui va être transformée pour être boostée : LBNE (Long Baseline Neutrino Experiment)va devenir DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment). La nouvelle collaboration a déjà gagné environ 50 nouvelles institutions partenaires depuis le début de l'année... DUNE sera l'expérience la plus puissante dans la recherche sur les neutrinos, avec une distance de plus de 1200 km séparant un premier détecteur situé à FermiLab et le second, gigantesque (10000 tonnes), situé dans le laboratoire souterrain de Sanford dans le Dakota du Sud.
Grâce à ces installations, les physiciens vont pouvoir étudier les oscillations des neutrinos avec un luxe de précision encore jamais atteinte. Et grâce à ses nouveaux partenaires, DUNE voit aujourd'hui la participation de 148 institutions de 23 pays différents, autant dire toute la communauté mondiale des neutrinos...
Les physiciens vont travailler d'arrache-pied pendant plusieurs années pour mettre en service au plus vite cette grosse machine, qui sera immanquablement à l'origine de découvertes surprenantes, mais malheureusement pas avant 2021.
Les américains semblent en tous cas avoir repris la main sur la physique des neutrinos, si ce n'est sur la physique des particules, 4 ans après l'arrêt de leur collisionneur emblématique, le Tevatron, le 30 septembre 2011, après 28 ans de collisions de protons/antiprotons.
« Neutrinos stériles » et « matière noire ». Ces deux expressions vont de mieux en mieux ensemble on dirait. Au moment où vient d’être publié un livre blanc (4) sur les neutrinos stériles, sous la forme d’un énorme article de plus de 150 pages faisant tout le tour de la question, rédigé par les dizaines de spécialistes de ces particules décidemment étonnantes, un article, paru fin avril dans Physical Review Letters (1), serait presque passé inaperçu si une brève parue dans Nature la semaine dernière (2) ne s’en était fait l’écho sous l’interjection « Heavy neutrino may be dark matter » qui ne pouvait qu’attirer mon regard…
Cet article de Phys. Rev. Letters est le fruit d’un physicien américain, seul, Kevork Abazajian, qui travaille à l’université de Californie. Il y démontre par quel mécanisme des neutrinos stériles de 7 keV peuvent être produits et être à l’origine des raies gamma inconnues observées à 3,5 keV en provenance du centre des amas de galaxies.
Paramètres (angle de mélange - masse) les plus probables pour
le neutrino stérile déterminés par Abazajian.
Nous en avions parlé ici en février dernier, plusieurs équipes d’astrophysiciens ont observé une raie spectrale de rayons X (gamma) à l’énergie d’environ 3,5 keV. Cette raie ne correspond à rien de connu et semble bien réelle, c’est-à-dire statistiquement significative. Et la seule hypothèse restante pour expliquer l’existence de ces photons semblant provenir de là où il y a la plus de matière noire, est qu’ils proviendraient de la désintégration de neutrinos stériles. Les neutrinos stériles sont une famille hypothétique de neutrinos, faut-il le rappeler, dont la caractéristique essentielle est qu’ils n’interagissent avec rien, si ce n’est par gravitation. Et comme ils sont un peu lourds, ils se désintégreraient en produisant des neutrinos « normaux » et des photons dont l’énergie serait la moitié de leur masse.
Ce que fait Abazajian, c’est de considérer qu’effectivement toute la matière noire est constituée de tels neutrinos stériles de 7 keV, et il cherche ensuite quel mécanisme physique peut être à l’origine de la production de ces neutrinos pour ensuite regarder quels effets ce mécanisme produit au final sur les structures à petite échelle et grande échelle dans l’Univers.
Un des gros défauts du modèle dit de matière noire froide impliquant des WIMPs, et qui est pourtant le modèle dominant aujourd’hui, c’est qu’il prédit la formation d’un grand nombre de galaxies naines autour de notre galaxie, via la présence de nombreux subhalos de matière noire. Ces galaxies naines seraient particulièrement riches en matière noire d’ailleurs. Mais nous n’avons jamais vu ces (théoriquement) nombreuses galaxies satellites ! C’est sans aucun doute le gros point faible du modèle de matière noire à base de WIMPs, ce qu’on appelle la matière noire froide, les neutrinos, eux, formant une matière noire chaude (car étant des particules en mouvement rapide, pour faire court).
Kervork Abazajian (UCI)
Et bien, Kevork Abazajian trouve qu’un modèle impliquant non plus des WIMPs, mais des neutrinos stériles de 7 keV produits par un mécanisme de type résonant (mécanisme MSW), prédit un nombre de galaxies satellites beaucoup plus réduit, tout à fait cohérent avec ce qui est observé. Qui plus est, il montre également que l’on peut prédire avec ce nouveau modèle la distribution de densité au sein de ces galaxies naines, et vous l’aurez compris, cette dernière se trouve à nouveau cohérente avec les observations.
Il faut tout de même noter que des astrophysiciens et physiciennes s’attaquent un peu partout au problème de la quantité de galaxies naines dans l’hypothèse WIMPs en cherchant des voies d’explications par l’affinage du modèle physique de matière noire. Une telle solution a notamment été publiée très récemment sur le site de préprints ArXiv (3), et offre une solution très élégante pour sauver la matière noire froide, en montrant qu’il « suffirait » que les WIMPs puissent interagir avec les photons pour transformer radicalement la formation de subhalos et retrouver le bon nombre de galaxies satellites. En revanche, il n’est pas question ici d’expliquer la raie mystérieuse à 3,5 keV détectée grâce à XMM-Newton et Chandra et qui a remis sur le devant de la scène les nouveaux neutrinos.
C’est du côté du Japon qu’il va falloir se tourner désormais. En effet, les japonais vont lancer l’année prochaine leur télescope à rayons X ultra-performant Astro-H. celui-ci devrait scruter le centre de notre galaxie et ne devrait pas rater une belle raie monochromatique à 3,5 keV si elle existe vraiment.
Références :
(1) Resonantly Produced 7 keV Sterile Neutrino Dark Matter Models and the Properties of Milky Way Satellites
Kevork Abazajian
Phys. Rev. Lett. 112, 161303 (24 April 2014)
(2) Heavy neutrino may be dark matter
Nature 509, 137 (08 May 2014)
(3) Solving the Milky Way Satellite Problem with Interactions between Cold Dark Matter and Radiation
C’est presque incroyable. A peine vous ai-je parlé il y a quelques jours de l’offensive des neutrinos stériles parue récemment (voir ici), des chercheurs voulant imposer cette solution pour expliquer l’anomalie du nombre d’amas de galaxies (et du coup le problème de la matière noire), et bien deux équipes différentes viennent de publier à une semaine d’intervalle des résultats presque identiques de très forts indices de détection indirecte de ces fameux neutrinos stériles !
Reprenons sans trop nous emporter… Les neutrinos stériles sont une voie tout à fait intéressante pour expliquer plusieurs choses. Comme ils sont massifs et n’interagissent que par gravitation, ce sont des candidats sérieux pour constituer la matière noire (en partie au moins). D’autre part, ils oscillent avec les saveurs des trois neutrinos actifs, ce qui permettrait d’avoir une très bonne explication aux anomalies observées en oscillométrie des neutrinos de réacteurs.
Analyse du signal d'Andromède montrant une raie à 3,52 keV
(Boyarsky et al.)
Comme je l’ai dit, leur caractère stérile fait qu’ils n’ont pas d’interaction avec les autres particules. Mais il se trouve qu’ils peuvent quand-même se désintégrer (ce que les trois neutrinos actifs ne font pas), et ils font ça tout seuls, au bout d’un certain temps. Et que produisent-ils lors de leur désintégration ? Et bien leur énergie de masse est convertie à part égale entre un neutrino « normal » (actif) et un photon.
Un photon… vous me voyez venir ? Puisque les neutrinos stériles ont une certaine masse bien définie (et qu’on aimerait bien connaitre), les photons qu’ils produisent ont tous la même énergie, qui est égale à la moitié de la masse du neutrino stérile.
Venons-en maintenant à ces deux résultats d’observations qui viennent d’être publiés sur arxiv le 10 février et le 17 février 2014. Les deux équipes d’astrophysiciens ont étudié chacune de leur côté des amas de galaxie (73 amas différents pour la première et plus spécifiquement l’amas de Persée et la galaxie d’Andromède pour la seconde).
Analyse du signal de l'amas de Persée montrant
une raie à 3,56 keV (Bulbul et al.)
C’est dans les amas qu’il est censé y avoir la plus forte densité de matière noire. Si cette matière noire est constituée de neutrinos stériles, ces derniers, pour certains d’entre eux au moins, doivent produire des photons ayant une énergie unique, égale à la moitié de la masse du neutrino, et qui doivent donc pouvoir être observés en provenance de ces amas de galaxies.
Esra Bulbul et ses collègues du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et du Goddard Space Flight Center de la NASA (la première équipe) détectent dans tous les amas étudiés (sauf celui de Virgo) une raie monochromatique inconnue dans le spectre, située à 3,56 keV. Alexey Boyarsky de l’Université de Leiden et ses collègues suisses et ukrainiens, la seconde équipe, détectent eux-aussi une faible raie dans l'amas de Persée et dans la galaxie d'Andromède, mais plutôt à 3,52 keV…
Nous sommes ici dans le domaine des rayons X. Bulbul et al. ont exploité les données des satellites XMM-Newton et Chandra et Boyarsky et al. uniquement XMM-Newton. Ces deux équipes de chercheurs ne recherchaient pas particulièrement des traces indirectes de matière noire, mais face à l’observation de cette raie monochromatique inconnue, ils ont cherché quelle pouvait bien être son origine, en considérant toutes les possibilités, et à bout de solutions possibles, il ne reste pour le moment que l’option de la désintégration d’un neutrino stérile de 7,1 keV… Les deux équipes arrivent à la même conclusion, indépendamment l'une de l'autre.
Qui plus est, l’équipe de Boyarsky a évalué comment évolue la raie mystérieuse en fonction de la distance du centre de la galaxie d’Andromède, ainsi que quand on regarde là où il n’y a pas d’amas visibles. Ils trouvent que l’intensité de la raie décroit quand on s’éloigne du centre galactique et n’existe pas quand on est hors champ, ce qui va tout à fait dans le sens de la répartition de la matière noire.
L’équipe de Bulbul, elle, a sommé les spectres X de 73 amas différents, puis, pour être sûre que la raie inconnue ne provenait pas d’un seul amas particulier, a divisé son échantillon en trois sous-échantillons, et observe toujours la même raie dans les trois nouveaux échantillons. Elle apparaît donc systématique...
Signal simulé montrant les performances attendues de Astro-H
sur l'amas de Persée dans la région spectrale d'intérêt.
Malgré la coïncidence troublante de ces deux publications, et leurs conclusions similaires, il faut cependant peut-être tempérer un peu cette nouvelle potentiellement très importante. Même s’il s’avère statistiquement très significatif, le signal observé est une raie très faible qui est située entre plusieurs raies d’émission, qui pourraient peut-être jouer des tours, ou bien elle pourrait provenir pourquoi pas d’un élément ou d’un processus non encore prédit par les modèles galactiques.
Le juge devrait maintenant être constitué de nouvelles mesures sur notre propre galaxie. On attend beaucoup notamment du futur télescope à rayons X japonais Astro-H qui devrait permettre de résoudre un tel signal en provenance du halo de la Voie Lactée à partir de 2015...
La matière noire est décidément un sujet en ébullition.
Références :
DETECTION OF AN UNIDENTIFIED EMISSION LINE IN THE STACKED X-RAY SPECTRUM OF GALAXY CLUSTERS
Esra Bulbul et al.
arXiv:1402.2301v1 (10 février 2014) , soumis à Astrophysical Journal
An unidentified line in X-ray spectra of the Andromeda galaxy and Perseus galaxy cluster
