Les scientifiques proposent que les particules de matière noire se déplaçaient à une vitesse proche de celle de la lumière peu après le Big Bang, remettant en question la vision de longue date de la matière noire froide. Cette origine chaude permet aux particules de se refroidir à temps pour former des galaxies. Les résultats proviennent de chercheurs de l'University of Minnesota et de l'Université Paris-Saclay.
Pendant des décennies, la théorie dominante a soutenu que la matière noire devait être froide et lente quand elle s'est séparée du rayonnement intense de l'Univers primordial, un processus appelé découplage. Ce comportement lent est considéré comme crucial pour s'agglomérer et construire des galaxies et des structures cosmiques. Cependant, une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters remet en question cette hypothèse en examinant la phase de reheating post-inflationnaire, lorsque l'Univers s'est rapidement rempli de particules après la fin de l'inflation cosmique. Les chercheurs, dont Stephen Henrich, étudiant de troisième cycle à la School of Physics and Astronomy de l'University of Minnesota, ainsi que les professeurs Keith Olive de la même institution et Yann Mambrini de l'Université Paris-Saclay, soutiennent que la matière noire pourrait s'être formée sous forme de particules ultrarélativistes — extrêmement chaudes et rapides. «La matière noire est famously énigmatique. Une des rares choses que nous savons sur elle est qu'elle doit être froide», a déclaré Henrich. «En conséquence, au cours des quatre dernières décennies, la plupart des chercheurs ont cru que la matière noire devait être froide lorsqu'elle naît dans l'univers primordial. Nos résultats récents montrent que ce n'est pas le cas ; en fait, la matière noire peut naître rougeoyante mais avoir encore le temps de se refroidir avant que les galaxies commencent à se former.» Précédemment, les candidats à la matière noire chaude comme les neutrinos de faible masse ont été rejetés parce que leurs hautes vitesses auraient lissé les distributions de matière, entravant la formation de structures. «Le candidat le plus simple à la matière noire (un neutrino de faible masse) a été éliminé il y a plus de 40 ans car il aurait effacé les structures de taille galactique au lieu de les ensemencer», a expliqué Olive. Le nouveau modèle montre que le reheating fournit suffisamment de temps pour que ces particules ralentissent alors que l'Univers s'étend, transformant efficacement la matière noire chaude en la variété froide nécessaire à la formation des galaxies. À l'avenir, l'équipe vise à étudier les méthodes de détection, telles que les collisionneurs de particules, les expériences de diffusion et les observations astronomiques. «Avec nos nouvelles découvertes, nous pourrions accéder à une période de l'histoire de l'Univers très proche du Big Bang», a noté Mambrini. Ce travail élargit les possibilités pour les origines et les interactions de la matière noire.