Des chercheurs de l'Université de Tel Aviv ont proposé de détecter de faibles ondes radio des âges sombres cosmiques pour percer les propriétés de la matière noire. Ces signaux, émis par du gaz d'hydrogène influencé par des amas de matière noire seulement 100 millions d'années après le Big Bang, pourraient être mieux observés depuis la Lune. Les résultats, publiés dans Nature Astronomy, mettent en lumière une nouvelle méthode pour sonder les premiers instants de l'Univers.
Dans une étude dirigée par le Prof. Rennan Barkana de l'École Sackler de Physique et d'Astronomie de l'Université de Tel Aviv, avec l'étudiant de doctorat Sudipta Sikder et des collaborateurs du Japon, de l'Inde et du Royaume-Uni, les scientifiques prédisent que les ondes radio des âges sombres cosmiques contiennent des indices sur la matière noire. Cette ère, survenant juste avant la formation des premières étoiles environ 100 millions d'années après le Big Bang, a vu la matière noire former des amas denses qui attiraient le gaz d'hydrogène, le faisant émettre des signaux radio plus forts.
Le Prof. Barkana a expliqué : « Le nouveau télescope spatial James Webb de la NASA a récemment découvert des galaxies lointaines dont la lumière nous parvient des premières galaxies, environ 300 millions d'années après le Big Bang. Notre nouvelle recherche étudie une ère encore plus ancienne et mystérieuse : les âges sombres cosmiques, seulement 100 millions d'années après le Big Bang. Les simulations informatiques prédisent que la matière noire dans tout l'Univers formait des amas denses, qui aideraient plus tard à former les premières étoiles et galaxies. La taille prédite de ces nodules dépend des propriétés inconnues de la matière noire et peut ainsi aider à les éclairer, mais ils ne peuvent pas être vus directement. Cependant, ces amas de matière noire attiraient le gaz d'hydrogène et le faisaient émettre des ondes radio plus fortes. Nous prédisons que l'effet cumulatif de tout cela peut être détecté avec des antennes radio mesurant l'intensité radio moyenne sur le ciel. »
L'atmosphère terrestre bloque ces signaux faibles, rendant les observations basées dans l'espace essentielles, en particulier sur la surface radio-silencieuse de la Lune exempte d'interférences humaines. Avec des missions des États-Unis, de l'Europe, de la Chine et de l'Inde se précipitant pour retourner sur la Lune, des télescopes lunaires pourraient permettre cette recherche.
L'étude suggère que ces signaux, amplifiés pendant l'aube cosmique lorsque les premières étoiles s'allumèrent, pourraient être détectés par des projets comme le Square Kilometre Array (SKA), un effort international avec 80 000 antennes en construction en Australie. Le Prof. Barkana, impliqué dans le SKA, a noté : « Tout comme les anciennes stations de radio sont remplacées par une technologie plus récente qui fait émerger des sites web et des podcasts, les astronomes étendent la portée de l'astronomie radio. Quand les scientifiques ouvrent une nouvelle fenêtre d'observation, des découvertes surprenantes en résultent généralement. Le Graal de la physique est de découvrir les propriétés de la matière noire, la substance mystérieuse que nous savons constituer la plus grande partie de la matière dans l'Univers, mais dont nous ignorons la nature et les propriétés. Il est compréhensible que les astronomes soient impatients de commencer à syntoniser les canaux radio cosmiques de l'Univers primordial. »
Cette approche offre une vue pristine de la matière noire avant la formation des galaxies, potentiellement transformant notre compréhension de l'évolution cosmique. La recherche a été publiée dans Nature Astronomy.