A dense dark matter core of the subhalo in the strong lensing system JVAS B1938+666
Cette étude présente une reconstruction non paramétrique du sous-halo sombre dans le système de lentille forte JVAS B1938+666, révélant un cœur dense à l'échelle du kiloparsec qui est mieux expliqué par les modèles de matière noire auto-interagissante (SIDM) et de matière noire floue que par les profils NFW standards, la SIDM étant le cadre privilégié.
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La matière noire est l'échafaudage invisible qui maintient l'univers ensemble. Elle constitue la majeure partie de la matière existante, pourtant nous ne pouvons ni la voir, ni la toucher, ni la détecter directement. Nous savons seulement qu'elle est là parce que sa gravité tire sur les étoiles et les galaxies, façonnant le cosmos aux échelles les plus vastes. Pendant des décennies, la théorie dominante a été que cette substance est composée de particules lourdes et à mouvement lent qui n'interagissent ni avec la lumière, ni entre elles, si ce n'est par la gravité. Ce modèle standard décrit magnifiquement la structure grandiose de l'univers, mais il trébuche lorsque les astronomes observent de plus près les plus petites galaxies. Dans ces systèmes minuscules, le modèle standard prédit que la matière noire devrait s'accumuler en un pic étroit et dense au centre. Cependant, les observations de véritables galaxies naines suggèrent le contraire : leurs centres sont plats et étalés, comme une colline douce plutôt qu'un sommet escarpé. Ce décalage entre la théorie et la réalité a poussé les scientifiques à chercher une meilleure explication, se demandant si la matière noire pourrait être quelque chose de plus complexe qu'une simple particule invisible.
Une nouvelle étude se concentre sur une loupe cosmique pour résoudre cette énigme. Les chercheurs ont examiné un système lointain connu sous le nom de JVAS B1938+666, où une galaxie massive au premier plan dévie la lumière d'un objet plus lointain situé derrière elle, créant une image distordue en forme d'anneau. À l'intérieur de cet anneau, un petit amas invisible de matière noire agit comme une lentille secondaire, déformant subtilement la lumière d'une manière qui révèle sa structure interne. En analysant des images à haute résolution prises par le télescope Keck II, l'équipe a cartographié la densité de cet amas sombre sans le contraindre à correspondre à une forme mathématique préexistante. Au lieu de supposer que la matière noire suivait la prédiction standard « pointue », ils ont laissé les données parler d'elles-mêmes, reconstruisant la distribution réelle de la masse en se basant purement sur la façon dont elle a dévié la lumière.
Les résultats ont révélé un cœur de matière noire qui est remarquablement plat et étalé sur une distance d'environ un demi kiloparsec, avec une densité centrale d'environ 25 millions de masses solaires par kiloparsec cube. Cette structure ne correspond pas au pic aigu prédit par le modèle standard de la matière noire froide et non interactive. Au lieu de cela, les données concordent beaucoup plus étroitement avec deux théories alternatives. L'une suggère que les particules de matière noire peuvent entrer en collision et rebondir les unes sur les autres, lissant le centre comme une foule de personnes déambulant dans une pièce. L'autre propose que la matière noire se comporte comme une onde, créant un cœur naturellement « flou » en raison d'effets quantiques. Lorsque les chercheurs ont comparé ces possibilités, le modèle où les particules de matière noire interagissent entre elles a fourni la meilleure adéquation avec les observations, bien que le modèle ondulatoire ait également obtenu de bien meilleurs résultats que la théorie standard.
Cette découverte offre un aperçu direct et rare de la nature de la matière noire à petite échelle. Bien que le modèle standard reste la meilleure description de l'univers dans son ensemble, cette étude suggère que, à l'échelle des petites sous-galaxies, les règles pourraient être différentes. Les chercheurs notent que le cœur plat pourrait théoriquement être causé par l'influence gravitationnelle des étoiles et du gaz, mais la quantité de matière visible dans ce système est trop faible pour expliquer l'effet à elle seule. Cela indique que la matière noire elle-même possède des propriétés uniques, telles que la capacité d'interagir ou de se comporter comme une onde. Bien que l'équipe ne puisse pas encore affirmer avec une certitude absolue laquelle des deux théories alternatives est correcte, son travail écarte la version la plus simple du modèle standard pour cet objet spécifique. À mesure que de nouveaux télescopes entreront en service, ils pourront trouver davantage de ces lentilles cosmiques, permettant aux scientifiques de tester si cette structure de cœur plat est une caractéristique commune de l'univers sombre ou une anomalie unique.
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