Un satellite chinois détecte des signaux mystérieux dans sa quête de la matière noire

Le satellite chinois Explorateur de particules de matière noire (DAMPE) a détecté des signaux inattendus et mystérieux, alors qu'il mesurait des rayons cosmiques à haute énergie, ce qui pourrait permettre aux scientifiques d'avancer dans leur compréhension de la matière noire invisible.

Le satellite, également appelé Wukong, ou Roi des singes, a mesuré plus de 3,5 milliards de particules de rayons cosmiques, avec une énergie pouvant atteindre 100 tera-électron-volt (TeV, correspondant à 1.000 milliards de fois l'énergie de la lumière visible), dont 20 millions d'électrons et de positrons, avec une résolution en énergie exceptionnellement élevée.

"Le DAMPE a ouvert une nouvelle fenêtre pour l'observation de l'univers à haute énergie, dévoilant de nouveaux phénomènes au-delà de notre compréhension actuelle", indique Chang Jin, scientifique en chef du DAMPE et directeur adjoint de l'Observatoire de la montagne Pourpre de l'Académie des sciences de Chine (ASC).

Les premiers résultats de détection ont été publiés dans le dernier numéro de la revue scientifique Nature.

"C'est la première fois qu'une expérience spatiale rapporte un spectre d'électrons et de positrons détaillé et précis atteignant 5 TeV. Dans ce spectre énergétique, nous avons découvert certaines caractéristiques inattendues et intéressantes. Nous avons détecté une coupure spectrale à 0,9 TeV et un possible pic à 1,4 TeV", indique M. Chang.

La mesure précise des rayons cosmiques, en particulier dans un spectre énergétique très élevé, est importante pour rechercher des traces de désintégration ou d'annihilation de la matière noire, ainsi que pour comprendre les phénomènes astrophysiques les plus énergétiques de l'univers, tels que les pulsars, les noyaux actifs de galaxies et les explosions de supernovas. "Nos données pourraient inspirer de nouvelles idées dans la physique des particules et l'astrophysique", note M. Chang.

La matière noire, ni visible, ni palpable, est un des plus grands mystères de la science. Les scientifiques ont calculé que la matière normale, tels que les galaxies, les étoiles, les arbres, les rochers et les atomes, ne représentait que 5% de l'univers. Par contraste, l'univers est constitué à 26,8% de matière noire et à 68,3% d'énergie noire.

La Chine a envoyé le DAMPE en orbite, à environ 500 kilomètres au-dessus de la Terre, pour rechercher des traces d'annihilation ou de dégradation des particules de matière noire dans l'espace.

Le DAMPE dispose de la plus large couverture du spectre énergétique et de la résolution en énergie la plus élevée parmi toutes les sondes de matière noire actuellement dans l'espace. Sur la base des données de ce satellite, les scientifiques ont établi le spectre des électrons et de positrons de rayons cosmiques.

Selon Fan Yizhong, concepteur en chef adjoint du système d'application scientifique du DAMPE, "le pic à 1,4 TeV sur le spectre est très inhabituel. Les signaux pourraient provenir de la matière noire ou de pulsars. Même s'ils provenaient de pulsars, il s'agirait d'un phénomène astrophysique étrange que personne ne connaissait auparavant".

"Le pic pourrait indiquer l'existence d'un type de particule inconnue possédant une masse d'environ 1,4 TeV", indique M. Chang.

"Cependant, les données concernant ces signaux étranges ne sont pas encore suffisantes. Nous avons besoin d'en collecter davantage pour être sûrs de leur véracité", ajoute-t-il.

Plus de 100 scientifiques et ingénieurs chinois, en coopération des collègues suisses et italiens, ont pris part au développement du DAMPE et à l'analyse de ses données.

Les chercheurs ont écarté la possibilité que les signaux inhabituels soient dus à un dysfonctionnement des détecteurs du satellite. Des analyses indépendantes menées par cinq équipes différentes sont toutes parvenues à la même conclusion, explique M. Chang.

Le DAMPE a été conçu pour une durée de vie de trois ans. Cependant, étant donné ses performances, les scientifiques pensent qu'il sera utilisé pendant bien plus longtemps. "Le DAMPE continuera à collecter des données pour nous permettre de mieux comprendre l'anomalie et pourrait nous aider à y voir plus clair concernant la matière noire", d'après M. Chang.