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XMM-Newton (XMM est l'abréviation de X-ray Multi-Mirror) est un observatoire spatial de l'Esa destiné à l'observation des rayons X. En orbite depuis 1999, il permet l'étude de la formation des étoiles, des amas de galaxies et des processus liés à la présence des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies dans le domaine des rayons X à basses énergies. © Esa
Le LHC va redémarrer en 2015, AMS va continuer à étudier le flux de rayons cosmiques et des expériences enterrées comme Lux vont se poursuivre. Leur but commun ? Rien de moins que la détection des particules de matière noirematière noire, l'un des ingrédients fondamentaux de la cosmologie moderne dont on ne sait toujours pas se passer pour expliquer les caractéristiques du rayonnement fossile et la naissance des grandes structures dans l'universunivers observable. Il n'y a qu'au niveau des galaxiesgalaxies, comme la Voie lactéeVoie lactée et Andromède (M31), que l'on rencontre de véritables problèmes avec le modèle de la matière noire froide alors que la théorie Mond semble mieux rendre compte des observations.
Se pourrait-il que la détection des particules de matière noire ait déjà été faite ? Peut-être, si l'on en croit un article publié sur Arxiv et dont l'un des auteurs, le physicienphysicien George Fraser, est décédé cette année. Les chercheurs expliquent qu'ils ont découvert une étrange anomalieanomalie dans les données collectées au cours des années par le satellite européen XMM-NewtonXMM-Newton. Ses instruments lui permettent d'observer le cosmoscosmos et ses astresastres dans le domaine des rayons Xrayons X.
L'axion et la chromodynamique quantique
Depuis ses débuts, l'astronomie X a montré que la voûte céleste est parsemée de sources X individuelles brillantes dans la Voie lactée, mais aussi qu'il existe aussi un fond de rayonnement X. On pense maintenant que ce dernier est largement constitué de sources à l'échelle des galaxies qui étaient difficilement résolues avant la mise en service de télescopetélescope X en orbiteorbite du calibre de ceux de XMM-Newton et ChandraChandra.
En soustrayant de la voûte céleste observée par XMM-Newton les sources X connues, les astrophysiciensastrophysiciens ont découvert qu'il existait une mystérieuse composante résiduelle qui variait de façon saisonnière. Après avoir mûrement réfléchi, les chercheurs en sont arrivés à relier le phénomène à l'un des modèles de matière noire, celui des axionsaxions.
Rappelons qu'avec les neutralinosneutralinos, des particules supersymétriques, les axions sont les candidats les plus souvent envisagés pour rendre compte de l'existence supposée de la matière noire. Tout comme le boson de Brout-Englert-Higgs, l'axion est associé à un champ scalaire et à une brisure de symétrie. Son existence a été postulée au cours des années 1970, dans le cadre de travaux menés en chromodynamique quantiquechromodynamique quantique (la QCD), tout d'abord par Roberto Peccei et Helen Quinn et enfin par Steven WeinbergSteven Weinberg et surtout Frank Wilczek. C'est ce dernier qui a baptisé axion la particule associée au champ du mécanisme de Peccei-Quinn. Il permet d'expliquer naturellement pourquoi le neutronneutron ne semble pas posséder de moment électrique dipolaire alors qu'il n'existe aucune raison pour cela dans le cadre du modèle standardmodèle standard.
Ce schéma illustre l'hypothèse avancée pour expliquer une curieuse anomalie dans la fond de rayonnement X observée par XMM-Newton. Des axions produits par le Soleil se convertiraient en photons X (X rays) lorsqu'ils pénètrent dans la magnétosphère (lignes de champs rouges) de la Terre. © University of Leicester
L'effet Primakoff et la création de matière noire
L'axion est une particule très légère qui interagit peu avec les particules de matière ordinaire. Mais via ce qu'on appelle l'effet Primakoff, lorsqu'un champ magnétiquechamp magnétique est suffisamment fort, un photonphoton assez énergétique peut être converti en axion et inversement. On peut montrer qu'ils devraient être produits en grandes quantités à l'intérieur du SoleilSoleil de cette façon (il existe aussi d'autres mécanismes possibles). L'idée derrière l'article de George Fraser et ses collègues repose précisément sur l'effet Primakoff, mais dans le champ magnétique de la Terre. Les axions issus du Soleil s'y convertiraient en photons X et du fait de l'orbite de notre planète, leurs flux auraient bien une modulationmodulation saisonnière.
Cette hypothèse reste à vérifier et il faut aussi que les caractéristiques que l'on attribue à l'axion soient compatibles avec les bornes issues d'autres expériences. La découverte de l'axion ne ferait pas que consolider et préciser le modèle cosmologique standard. En effet, des champs axioniques émergentémergent naturellement de la théorie des supercordesthéorie des supercordes.
