Les trous noirs pourraient bientôt nous aider à comprendre la matière noire. Ces objets extrêmes, longtemps considérés comme des pièges à lumière, deviennent aujourd'hui des outils d'observation. Grâce à une analyse plus fine de leurs images, les scientifiques espèrent détecter la trace de particules invisibles qui composeraient la majeure partie de la matière de l'Univers.
L'Event Horizon Telescope (EHT), réseau mondial de radiotélescopes célèbre pour ses images de trous noirs, offre un nouveau moyen d'exploration. En étudiant la zone d'ombre au centre de ces images, les chercheurs ont identifié un endroit presque dépourvu de matière ordinaire. Ce faible éclat rend possible la détection de signaux très discrets, comme ceux produits par la matière noire.
Images simulées du trou noir supermassif M87*.
À gauche, le rayonnement du plasma ; à droite, l'émission possible liée à la matière noire.
Crédit: Yifan Chen. Des scientifiques comparent la répartition de la lumière observée avec des simulations détaillées. Leur modèle intègre la physique de la matière noire aux équations décrivant la matière autour du trou noir. Cette approche permettrait d'identifier une signature lumineuse particulière, plus uniforme que celle du plasma habituel, pouvant signaler l'annihilation de particules de matière noire.
Les premiers résultats montrent que certaines hypothèses sur la masse et le comportement de la matière noire ne sont plus valides. En variant les paramètres physiques, comme la température du plasma ou la rotation du trou noir, les chercheurs ont confirmé la fiabilité de leur méthode. L'EHT a ainsi permis de poser des limites plus précises que les recherches précédentes sur ces particules invisibles.
Les futures améliorations de l'EHT devraient renforcer encore ces analyses. Une sensibilité accrue permettra de détecter des signaux cent fois plus faibles, et une meilleure résolution révélera les zones les plus profondes de l'ombre. Ces progrès pourraient enfin permettre de repérer une matière noire conforme aux valeurs théoriques prévues par la physique des particules.
Les astrophysiciens s'appuieront aussi sur de nouvelles données: la polarisation, qui renseigne sur les champs magnétiques, et les observations à différentes fréquences, utiles pour distinguer les sources d'émission. Ces outils pourraient révéler si les trous noirs supermassifs jouent le rôle de laboratoires naturels pour étudier l'invisible.
L'Event Horizon Telescope reste une prouesse technique. En combinant plusieurs antennes réparties sur la Terre, il forme un instrument virtuel de la taille de la planète. Ce système d'interférométrie à très longue base atteint une précision suffisante pour distinguer des détails à l'échelle de l'horizon d'un trou noir situé à des millions d'années-lumière.
La matière noire, elle, demeure insaisissable. Invisible aux télescopes classiques, elle se trahit seulement par son influence gravitationnelle sur les galaxies. Les chercheurs pensent qu'elle est formée de particules anciennes issues du Big Bang, toujours présentes dans un halo autour des grandes structures cosmiques. Les observations de l'EHT pourraient bien offrir un nouvel indice dans cette quête commencée depuis plus d'un demi-siècle.