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Des traces de “particules fantômes” prédites il y a des décennies ont-elles été détectées ?

Crédits : NASA

Des astronomes ont peut-être détecté les “empreintes digitales” d’axions, des particules “fantômes” dont l’existence est théorisée depuis plusieurs décennies. Pour rappel, ces particules sont également considérées comme des candidates à la mystérieuse matière noire.

Une étoile à neutrons se forme lorsque le cœur d’une étoile massive s’effondre sous l’effet de la gravitation au terme de sa vie. Ressort alors un petit objet de quelques kilomètres de diamètre dont la masse volumique est de l’ordre d’un milliard de tonnes, composé quasi uniquement de neutrons serrés les uns contre les autres.

Ceci étant dit, un groupe d’étoiles à neutrons surnommé “The Magnificent Seven” fait aujourd’hui l’objet d’interrogations. D’après les astronomes, celui-ci devrait en effet produire de la lumière ultraviolette et des rayons X de faible énergie. Or, il y a quelques années, on a découvert qu’ils émettaient également des rayons X de haute énergie, ce qui ne peut être expliqué par nos modèles actuels.

Dans le cadre d’une nouvelle étude, une équipe d’astronomes propose une explication intrigante à ce phénomène. D’après eux, ces signaux pourraient être générés par… des axions.

Des particules insaisissables

Les axions particules hypothétiques ont été proposées pour la première fois en 1977 pour résoudre une énigme cosmologique appelée le problème du CP fort. Celui-ci, en simplifiant au maximum, vise à comprendre pourquoi les neutrons n’interagissent pas avec les champs électriques.

Il y a quelques années, les axions ont également été proposés comme candidats prometteurs pour la matière noire, une forme de matière censée composer environ 26,8 % de l’Univers qui n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit aucune lumière.

Comment alors détecter ces particules “fantômes” ? Pour certains chercheurs, les axions pourraient interagir avec des champs électromagnétiques, tels que ceux entourant les étoiles à neutrons. Sur le papier, ces particules pourraient être créées en grand nombre au cœur de ces cadavres stellaires avant de se frayer un chemin vers l’extérieur, où le champ magnétique les convertirait en photons. Étant donné que les axions transportent de grandes quantités d’énergie, leurs photons le feraient aussi, produisant potentiellement les rayons X de haute énergie observés autour de ces étoiles.

Du moins, c’est que propose cette nouvelle étude. «Que l’on s’entende, nous ne prétendons pas avoir fait la découverte de l’axion pour le moment. Nous évoquons simplement l’idée que les photons X supplémentaires observés autour de ce groupe d’étoiles pourraient être expliqués par la présence d’axions», souligne Raymond Co, de l’Université du Minnesota et principal auteur de l’étude. «C’est une possibilité passionnante et cohérente avec notre interprétation de ces particules».

étoile particules axions
Comparaison d’une étoile à neutron avec l’île de Manhattan à New York/Crédits : NASA’s Goddard Space Flight Center

Une nouvelle physique ?

Pour l’heure, les chercheurs s’interrogent encore. Et même si les excès des rayons X observés ne sont pas inhérents à la présence d’axions, l’équipe souligne que ces travaux peuvent encore soulever des questions au-delà de la portée du modèle standard, faisant allusion à une toute nouvelle physique.

Il convient maintenant de poursuivre les recherches. Dans cet esprit, l’équipe prévoit de s’appuyer sur le télescope NuSTAR de la NASA, de manière à étudier ce groupe d’étoile sur une plus large gamme de longueurs d’onde. Les étoiles naines blanches magnétisées pourraient également être ciblées pour rechercher l’émission d’axions. Ces objets développent en effet des champs magnétiques puissants, et ne devraient pas produire d’émission de rayons X à haute énergie.

Les détails de ces travaux sont publiés dans les Physical Review Letters.