Utiliser les étoiles à neutrons comme détecteurs de particules de matière noire ? C’est l’approche décrite dans une nouvelle étude parue dans Physical Review Letters et dans un nouvel article publié sur le site Web de l’université de Melbourne par le professeur Nicole Bell.
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Intercepter les particules de matière noire
Pour comprendre ce qu’est réellement la matière noire, il est nécessaire d’intercepter une interaction entre les particules qui la composent et les particules qui composent la matière normale. Intercepter un tel phénomène, surtout sur Terre, est considéré comme très difficile. L’une des méthodes mises en œuvre repose sur l’utilisation de détecteurs, mais il n’existe malheureusement pas de détecteurs suffisamment grands.
Que sont les étoiles à neutrons ?
Les étoiles à neutrons sont des étoiles très denses qui se forment dans la phase finale de la vie des étoiles géantes après leur explosion (supernovae). Après l’explosion, ils laissent derrière eux une sorte de vestige, un noyau effondré dans lequel la gravité est si forte que les protons et les électrons à l’intérieur commencent à se combiner pour former des neutrons. Une étoile à neutrons d’un rayon de 10 km a une masse comparable à celle du Soleil.
Les étoiles à neutrons peuvent “capturer” la matière noire.
Selon les chercheurs à l’origine de cette nouvelle étude, les étoiles à neutrons sont si denses qu’elles pourraient également “capturer” des particules de matière noire.
On pense qu’une particule de matière noire pourrait traverser un mur de plomb d’une année-lumière d’épaisseur (environ 10 000 milliards de kilomètres) sans interagir et sans problème particulier. Une étoile à neutrons, en revanche, est encore plus dense et, selon les chercheurs, encore plus difficile à traverser sans interaction des particules de matière noire.
Les nouveaux calculs apportent des améliorations
Mais comment calculer depuis la Terre les interactions des particules de matière noire qui interagissent avec une étoile à neutrons ? Les scientifiques tentent de décrire des méthodes pour y parvenir depuis plusieurs années déjà, mais les calculs effectués dans la nouvelle étude, selon le communiqué de presse de l’Université de Melbourne, apportent des améliorations importantes, notamment en ce qui concerne l’estimation de la vitesse à laquelle la matière noire tend à s’accumuler dans les étoiles à neutrons.
Les neutrons ne sont plus considérés comme des particules ponctuelles
Comme l’explique le professeur Bell, la méthode décrite dans l’étude considère plus correctement la structure des nucléons (une particule dans le noyau de l’atome, un proton ou un neutron) au lieu de considérer les neutrons comme des particules ponctuelles dans les étoiles à neutrons.
En outre, les nouveaux calculs tiennent également compte des effets des forces entre les nucléons eux-mêmes au lieu de considérer les nucléons comme un gaz libre. D’autres facteurs sont également pris en compte, notamment les effets relativistes et quantiques ainsi que la composition de l’étoile.
Il s’agit d’une approche très différente de celle utilisée par les détecteurs de matière noire “classiques” fonctionnant sur Terre.
