Une étude suggère qu'un nouveau signal de rayons gamma pourrait être le premier signe direct de la matière noire

Un étrange signal émerge de la Voie lactée

Le centre galactique est généralement le dernier endroit où les astronomes cherchent une physique subtile. C’est un nœud éblouissant d'étoiles mortes, de gaz chaud et de rayonnements bruyants — une région où les signaux les plus délicats disparaissent dans le chaos ambiant. Ainsi, lorsqu'une lueur diffuse en forme de halo de rayons gamma de 20 GeV est apparue dans une nouvelle analyse de données satellitaires, elle s’est immédiatement distinguée.

Cette signature provient de plus d'une décennie d'observations réalisées par le télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA. Après avoir pris en compte les sources connues — pulsars, rémanents de supernova, interactions de rayons cosmiques et la bande aveuglante du plan galactique — une composante a refusé de disparaître. Et, fait troublant pour toutes les personnes impliquées, elle ressemble étrangement à ce que les modèles de matière noire prédisent depuis des années.

Un mystère centenaire avec une nouvelle piste

L'idée de la matière noire remonte au début du XXe siècle, lorsque les astronomes ont réalisé que les galaxies tournaient beaucoup plus vite que ne le permettait leur masse visible. Quelque chose d'invisible — et de nettement plus lourd — fournissait la gravité manquante. Les décennies suivantes ont renforcé cette thèse : les lentilles gravitationnelles, la dynamique des amas, les cartes du fond diffus cosmologique et les simulations de structures à grande échelle convergent toutes vers la même conclusion.

Pourtant, chaque preuve a été de nature gravitationnelle. Personne n'a jamais observé la matière noire interagir d'une autre manière. C'est pourquoi une signature non gravitationnelle — particulièrement dans les rayons gamma — serait révolutionnaire.

Un halo de 20 GeV trop net pour être ignoré

Le nouveau résultat provient de Tomonori Totani, qui a analysé les données de Fermi couvrant environ cent degrés autour du centre de la Voie lactée. Sa méthode était prudente : soustraire les premiers plans, modéliser les processus connus et observer ce qui reste.

Ce qui restait était une lueur large et symétrique de photons de haute énergie, culminant à environ 20 gigaélectronvolts — exactement là où de nombreux modèles de matière noire prédisent une émission issue de l'annihilation de particules massives interagissant faiblement, ou WIMP.

La répartition spatiale est importante. Cette lueur reflète la forme attendue du halo de matière noire de la Galaxie : diffuse, centrée sur le cœur et s'étendant bien au-delà des régions dominées par les sources astrophysiques ordinaires. Les pulsars ne produisent pas cette géométrie. Les interactions de gaz ne se propagent pas aussi loin. Les rémanents de supernova ne sont pas aussi réguliers.

En d'autres termes, il s'agit d'un motif qui ne devrait pas exister, à moins que quelque chose d'inhabituel ne se produise.

Une particule qui correspond un peu trop bien aux modèles

C'est le spectre énergétique qui a fait passer le résultat d'« intéressant » à « difficile à écarter ». Les photons observés s'alignent étroitement avec les spectres produits lorsque des WIMP hypothétiques, dont la masse serait environ 500 fois celle d'un proton, s'annihilent en particules connues comme les quarks bottom ou les bosons W.

Même le taux d'annihilation estimé — déduit de la luminosité du halo — s'inscrit parfaitement dans les prédictions théoriques qui guident le domaine depuis des années.

Cette cohérence ne prouve rien en soi, mais elle réduit les possibilités. Les processus astrophysiques connus peinent à reproduire la même combinaison de forme, de pic d'énergie et d'intensité.

Pourquoi la prudence domine toujours

La recherche sur la matière noire a connu son lot d'exaltations suivies de déceptions. Des signaux apparemment prometteurs — provenant du centre galactique, de galaxies naines ou de détecteurs de particules — se sont effondrés sous l'effet de nouvelles analyses, de modélisations améliorées ou de meilleures données. Ce cas pourrait être identique.

Totani souligne que l'interprétation doit être testée de manière indépendante. Des modèles alternatifs de premier plan pourraient expliquer cette lueur. Des effets instrumentaux doivent être exclus. Même si le signal survit à ces filtres, les chercheurs voudront étudier des environnements similaires où les sources de rayons gamma ordinaires sont rares.

Cela nous oriente vers les galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée — des systèmes dominés par la matière noire avec un minimum de pollution astrophysique. S'ils émettent une empreinte correspondante à 20 GeV, la thèse sera considérablement renforcée.

Une percée, ou le début d'une recherche plus pointue

Si le halo provient véritablement de l'annihilation de la matière noire, cela marquerait la première détection d'une particule au-delà du modèle standard de la physique et la découverte cosmologique la plus importante depuis des décennies.

S'il s'avère qu'il s'agit d'un phénomène astrophysique inexpliqué, il permettra tout de même d'affiner les modèles et de préciser les futures études. Quel que soit le résultat, le domaine progressera.

Pour l'instant, le halo de rayons gamma se situe dans cet espace inconfortable entre l'intrigue et la certitude — assez convaincant pour dynamiser les chercheurs, assez ambigu pour exiger de la retenue. Mais après un siècle à traquer une masse invisible, même un indice provisoire suffit à redonner vie à la chasse.