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L'enquête sur Voyager 1 a exclu les mini-trous noirs comme candidats à la matière noire

L'enquête sur Voyager 1 a exclu les mini-trous noirs comme candidats à la matière noire


Les observations faites par la sonde vieillissante Voyager 1 - le vaisseau spatial le plus lointain de l’humanité - ont peut-être permis d’exclure toute explication de longue date quant à la nature de la matière noire.

La sonde Voyager 1 - lancée en 1977 et actuellement à 21,7 milliards de km de la Terre après avoir quitté le système solaire il y a six ans - a aidé les physiciens théoriciens à déterminer qu'une théorie de longue date identifiant les mini-trous noirs - laissés du Big Bang - comme la matière noire peut être incorrecte.

Alan Cummings, scientifique en sciences spatiales à l'Institut de technologie de Californie à Pasadena, qui travaille sur Voyager 1 depuis 1973 et qui n'a pas participé à l'analyse, a été surpris de l'utilisation des données de la sonde de la manière suivante: «Je n'aurais jamais pensé que nous». d être capable de contribuer de quelque manière que ce soit à l’étude de la matière noire.

Vue d’artiste de Voyager 1 (NASA)

Certains astronomes pensaient que la matière noire pouvait être composée de trous noirs depuis aussi longtemps que l'on pense que la matière noire existe. La théorie est légèrement défavorable, car la matière noire surpasse la matière ordinaire dans l’Univers selon un rapport 17: 3, ce qui signifie qu’il n’aurait pas eu assez d’étoiles qui s’effondraient pour créer la quantité requise de trous noirs.

Cela signifie que la connexion doit être restreinte aux trous noirs créés au début de l'Univers par l'effondrement d'amas de particules denses avant même la formation des étoiles. Cela signifie également que ces trous noirs doivent être extrêmement petits et en petites grappes ou leurs effets seraient évidents de la Terre sous la forme de lentilles gravitationnelles (lorsqu'une zone de gravité intense déforme une région d'espace-temps au point de plier la lumière comme il passe devant elle).

Bernard Carr, cosmologiste à l’Université Queen Mary de Londres, qui travaille sur l’idée depuis 40 ans, raconte Science que ces considérations imposent des restrictions sur les masses possibles pour les trous noirs primordiaux. Les trois possibilités qui seraient autorisées sont: masses entre une et dix fois celle du soleil; environ un milliardième de celui du soleil; ou moins du quadrillion du soleil, 10 milliards de tonnes. Ces plus petits trous noirs ne seraient aussi larges qu'un noyau atomique.

Vue d’artiste d’un mini trou noir

Si ces mini trous noirs sont présents, ils devraient émettre un rayonnement dit «rayonnement de Hawking» plus rapide que les grands trous noirs. Ils devraient également produire des électrons et des positrons en raison d'effets de la mécanique quantique. Bien que ce rayonnement et les particules chargées puissent ne pas être visibles de l’intérieur du système solaire en raison du champ magnétique du Soleil, l’héliosphère doit être observable de l’extérieur du système solaire.

Donc, depuis sa position en dehors de l'héliosphère, Voyager 1 devrait être dans une position privilégiée pour détecter ce rayonnement. C’est l’argument de Mathieu Boudaud et Marco Cirelli, théoriciens de l’Université de la Sorbonne à Paris, dans un article publié dans Lettres d'examen physique.

L’emplacement actuel de Voyager 1 en dehors du système solaire lui permet de rechercher des mini trous noirs (https://theskylive.com/voyager1-tracker consulté le 01/10/19).

Depuis qu’il a quitté le système solaire, Voyager 1 a détecté de petites quantités d’électrons et de positrons qui auraient pu être créées par des effets mécaniques quantiques situés au bord des horizons d’événements des trous noirs. Mais même si toutes ces particules provenaient de mini-trous noirs, cela ne suffit pas pour justifier la quantité de mini-trous noirs nécessaire pour représenter 85% de la matière de la Voie lactée. En fait, Boudard et Cirelli ont calculé que cela ne représenterait en réalité qu’environ 1% de la teneur en matière noire de la Voie lactée.

L'absence de détection n'exclut pas les trous noirs primordiaux plus grands que les candidats à la matière noire, car ils ne produiraient pas autant de radiations de Hawking ou de particules chargées et sont donc indétectables par Voyager 1.

Pour sa part, Carr n’est pas trop perturbé par la conclusion: «Cette fenêtre de faible masse n’a jamais été ma préférée, cela ne me dérange pas personnellement si les contraintes l’excluent maintenant.»

Recherche originale: https://arxiv.org/abs/1807.03075

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