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Un nouvel indice de l'existence de particules caméléons ?

ActualitéClassé sous :physique , Astronomie , Anne-Christine Davis

Depuis une vingtaine d'années le domaine des astroparticules ne cesse de se développer. Les fonctions de luminosité des noyaux actifs de galaxies semblent mieux se comprendre si l'on postule l'existence de particules ressemblant à l'axion et qui pourraient aussi être les particules caméléons récemment proposées pour expliquer l'énergie noire.

Une vue d'artiste du satellite Integral observant un noyau actif de galaxie et ses jets de matière. Crédit : Esa

Anne-Christine Davis est professeur de physique théorique au célèbre Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics (DAMTP) de l'université de Cambridge que Stephen Hawking va partiellement quitter pour rejoindre le Perimeter Institute. Avec ses collègues, elle vient de faire une constatation troublante.

En astrophysique, il existe une série de relations que l'on appelle des fonctions de luminosité. Elles relient par exemple la luminosité d'une étoile à sa masse, celle d'une galaxie spirale à la vitesse de rotation maximale des étoiles en orbite autour de son bulbe ou encore la luminosité d'un amas globulaire à sa masse. En général, il faut spécifier de quelle luminosité on parle car elle n'est pas la même selon que l'on considère une certaine bande de longueurs d'onde ou la luminosité totale.

Remarquablement, mais cela n'est au fond guère étonnant,  il existe des relations entre les fonctions de luminosité pour un même objet à différentes longueurs d'onde. En fait, ces distributions ne sont pas des relations exactes et ne portent que sur des populations d'objets qui, même appartenant à une même famille, diffèrent entre eux et ne sont pas placés dans un même environnement. En moyenne, on peut s'attendre à l'apparition de distributions gaussiennes mais cela n'est pas une obligation car la physique mise en jeu peut poser des contraintes.

Des photons déguisés pendant la traversée des cœurs galactiques

Or, dans le cas des noyaux actifs de galaxies (AGN), on sait qu'il peut régner de forts champs magnétiques. Récemment, on a proposé que l'existence d'une particule ressemblant à l'axion de la QCD pourrait expliquer la propagation à des distances anormalement grandes des photons gamma de hautes énergies. En se convertissant partiellement en ces particules se couplant très faiblement, au moment où ils pénètrent dans les champs magnétiques des AGN,  ces photons gamma pourraient traverser de longues distances sans se convertir en paires de positron-électron en interagissant avec les photons du fond diffus cosmologique. Les particules ressemblant à l'axion redeviendraient des photons gamma en pénétrant dans le champ magnétique de notre Galaxie.

Cet effet de conversion est susceptible de changer la forme des relations entre les fonctions de luminosité des AGN à des longueurs d'onde gamma, X, du proche infrarouge et radio. Surprise ! C'est exactement ce qui semble se passer d'après les chercheurs !

Ils ne manquent pas d'ailleurs de faire le lien avec une autre particule ressemblant à l'axion et postulée récemment pour expliquer l'énergie noire : la particule caméléon.

En fait, ces deux types de particules, qui ne peuvent expliquer ni la matière noire ni le problème de la violation de l'invariance CP contrairement à l'axion de la QCD, pourraient être distingués au niveau de la polarisation des rayons X émis par les AGN. Malheureusement, on ne dispose pas pour le moment d'instruments capables de le faire mais cela pourrait changer à l'avenir.

En attendant, c'est une indication de plus que le modèle des particules ressemblant à l'axion proposée récemment par Malcolm Fairbairn pourrait bien être autre chose qu'une spéculation de théoriciens.

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