Des astrophysiciens de l'Université de Californie, Berkeley, proposent que la particule de matière noire insaisissable, l'axion, pourrait être détectée dans les secondes suivant une explosion de supernova à proximité. Cette avancée repose sur la détection de rayons gamma produits durant les premiers moments suivant l'effondrement du cœur d'une étoile massive.
L'axion, une particule légère théorisée pour constituer une part significative de la matière noire de l'univers, devrait être généré en grande quantité peu après une supernova. Pour qu'une détection ait lieu, le télescope spatial Fermi Gamma-ray doit être dirigé vers la supernova au moment de l'explosion, un scénario avec environ 10 % de chances.
Si des rayons gamma sont détectés, les chercheurs pourraient déterminer la masse de l'axion sur une large gamme de valeurs théoriques, y compris celles actuellement testées dans des expériences en laboratoire. À l'inverse, l'absence de détection éliminerait de nombreuses masses potentielles d'axion, impactant significativement les recherches en matière noire en cours.
La dernière supernova à proximité, 1987A, s'est produite dans le Grand Nuage de Magellan. À cette époque, le télescope Solar Maximum Mission n'était pas assez sensible pour détecter l'intensité de rayons gamma attendue, laissant une lacune dans les données.
Benjamin Safdi, professeur associé à UC Berkeley, a exprimé son inquiétude quant au fait que la prochaine supernova pourrait se produire avant que des instruments de détection appropriés ne soient en place. Les chercheurs discutent actuellement de la faisabilité de lancer une constellation de satellites gamma à ciel complet, nommée GALAXIS, pour assurer une surveillance continue du ciel pour des sursauts gamma.
L'axion est un candidat fort pour la matière noire, s'inscrivant dans le modèle standard de la physique des particules et ayant le potentiel d'unifier la gravité avec la mécanique quantique. L'axion QCD, nommé d'après la chromodynamique quantique, interagit faiblement avec la matière et est théorisé pour se transformer en photons dans des champs magnétiques forts.
Des expériences actuelles, y compris celles du Consortium ALPHA, visent à détecter des axions à l'aide de configurations de laboratoire. Cependant, l'équipe de UC Berkeley suggère que les étoiles à neutrons pourraient servir d'environnements optimaux pour la production d'axions, en particulier lors des supernovae à effondrement de cœur. Leurs résultats indiquent que les rayons gamma produits à proximité des étoiles à neutrons pourraient être détectés, fournissant des informations sur les propriétés de l'axion.
Dans leur récent article, les chercheurs ont établi des limites sur la masse des particules semblables aux axions, prédisant qu'une détection de rayons gamma pourrait confirmer la masse de l'axion QCD si elle dépasse 50 microélectronvolts. Cela permettrait aux expériences existantes de se recentrer sur la confirmation des caractéristiques de l'axion.
Cette étude souligne l'importance des capacités de détection en temps opportun dans la recherche de matière noire, car la prochaine supernova pourrait offrir une opportunité cruciale pour faire avancer notre compréhension de l'univers.