La matière noire pourrait avoir connu une jeunesse agitée. Selon une équipe internationale, cette substance invisible se serait formée à des températures extrêmement élevées, se déplaçant quasiment à la vitesse de la lumière peu après le Big Bang. Cette proposition remet directement en question plusieurs décennies de théories cosmologiques qui privilégiaient une matière noire froide et lente.
Invisible mais omniprésente, la matière noire n'émet pas de lumière. Son influence gravitationnelle est pourtant nécessaire pour expliquer la formation des galaxies. Constituant une part majeure de la masse cosmique, elle guide l'assemblage des étoiles et des planètes. Son absence rendrait les vastes structures que nous observons aujourd'hui très différentes, voire inconcevables.
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Physical Review Letters, ces travaux indiquent que les particules de matière noire auraient pu se découpler de la matière ordinaire tout en étant très énergétiques. Ce phénomène se serait produit durant la phase déterminante du réchauffement post-inflationnaire. L'Univers, alors en pleine expansion et refroidissement progressif, aurait permis à ces particules initialement très chaudes de perdre de l'énergie.
Cette nouvelle hypothèse se distingue des modèles impliquant les neutrinos, longtemps jugés inadaptés comme candidats chauds. Elle montre que la matière noire aurait pu se refroidir suffisamment tôt pour ne pas entraver la formation des galaxies. Les chercheurs précisent que la dynamique de l'expansion cosmique aurait offert à ces particules ultrarelativistes le temps de ralentir avant l'apparition des premières structures galactiques.
Cette proposition élargit ainsi les scénarios concernant la nature et le comportement de la matière noire, tout en proposant de nouvelles façons d'envisager ses interactions avec la matière visible. Les scientifiques peuvent désormais examiner des modèles alternatifs intégrant cette formation à haute température.
Afin de tester ces idées, l'équipe envisage de rechercher des indices par des collisions de particules ou via l'observation du cosmos. Ces approches pourraient mettre au jour des signatures de la matière noire dans des événements cosmiques anciens.
L'inflation cosmique et le réchauffement qui suit
L'inflation cosmique désigne une période extrêmement brève survenant juste après le Big Bang, durant laquelle l'Univers a connu une expansion exponentielle. Cette phase a lissé et homogénéisé le cosmos, posant les bases des structures futures.
Le réchauffement post-inflationnaire est l'époque qui suit immédiatement, où l'Univers se remplit de particules et d'énergie. C'est durant cette phase que la matière noire, selon la nouvelle étude, pourrait s'être formée à des températures extrêmes. Les conditions y étaient propices à des interactions violentes et à la génération de particules exotiques.