74961 Une recherche réalisée par des scientifiques de l’Université de Grenade peut contribuer à déterminer la nature de la matière noire, un des plus grands mystères de la physique qui, comme il est su par ses effets gravitationnelles, constitue plus de 80% de la masse de l’univers.
Dans un article publié dans la revue Physival Review Letters, Adrián Ayala et sa directrice de thèse Inmaculada Domínguez, membres du groupe «FQM-292 Évolution Stellaire et Nucléosynthèse» de l’Université de Grenade, sont arrivés à mettre des limites aux propriétés de l’une des particules candidates à matière noire: les axions.
Ont également participé à ce travail Maurizio Giannotti (Université de Barry, États-Unis), Alessandro Mirizzi (Deutsches Elektronen-Synchrotron, DESY, Allemagne) et Oscar Straniero (Institut National d’Astrophysique, INAF-Observatoire Astronomique de Teramo, Italie). Cette recherche démontre la collaboration de plus en plus intense entre physiciens de particules et astrophysiciens, qui donne lieu à une science relativement nouvelle: la dénommée «physique des astroparticules».
Dans ce travail, les scientifiques ont utilisé les étoiles comme laboratoires de physique des particules: à des températures élevées de l’intérieur stellaire, les photons peuvent se convertir en axions qui s’échappent à l’extérieur en emportant de l’énergie.
«Cette perte d’énergie peut avoir des conséquences, observables ou pas, dans certaines phases de l’évolution stellaire», explique Adrián Ayala. «Dans notre travail, nous avons réalisé des simulations numériques (par ordinateur) de l’évolution d’une étoile depuis sa naissance jusqu’à l’épuisement dans son intérieur de l’hydrogène et postérieurement de l’hélium, incluant les processus de production d’axions.»
Les résultats indiquent que l’émission d’axions peut réduire significativement le temps de la combustion centrale d’hélium, la dénommée phase HB (Horizontal Branch): l’énergie qu’emportent les axions se compense avec de l’énergie provenant de la combustion nucléaire, l’hélium se consommant ainsi plus rapidement.
«En nous basant sur cette influence sur les temps caractéristiques d’évolution, nous pouvons délimiter l’émission d’axions, vu qu’une émission élevée implique une phase HB rapide, ce qui réduit la probabilité d’observer des étoiles pendant cette phase», affirme Inmaculada Domínguez.
Taux maximal d’émissions d’axions
La haute qualité des observations récentes d’amas globulaires permet de contraster les résultats des simulations numériques réalisées dans ce travail avec les données. «En comparant le nombre d’étoiles observées lors de la phase HB au nombre d’étoiles observées lors d’une autre phase non affectée par les axions, telle que la phase dénommée RGB (Red Gian Branch), nous avons estimé le taux maximal d’émissions d’axions.»
La production d’axions dépend de la constante de couplage axion-photon qui caractérise l’interaction entre axions et photons. «Nous avons obtenu une limite maximale pour cette constante qui est la plus restrictive de celles découvertes à cette date, aussi bien théoriquement qu’expérimentalement», signalent les chercheurs de l’UGR.
Les auteurs de ce travail signalent que la précision dans la détermination de la constante de couplage avec la méthode utilisée «dépend critiquement de la précision avec laquelle on peut estimer le contenu d’hélium initial des étoiles de l’amas globulaire.»
