Illustration artistique fournie par la NASA représentant un affrontement cosmique : étoile et trou noir, chaleur et froid. Un décor qui évoque les phénomènes extrêmes liés aux origines possibles de la matière noire.
© Elena11
On sait qu’elle est là, qu’elle sculpte les galaxies et modèle l’Univers, mais personne ne l’a jamais vue. La matière noire reste l’un des mystères les plus tenaces de la physique moderne. Et si, plutôt que de chercher la particule exotique introuvable, il fallait revoir entièrement nos scénarios de naissance ?
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C’est précisément ce que propose Stefano Profumo, théoricien de renom à l’Université de Californie à Santa Cruz, dans deux publications récentes : l’une explore l’idée d’un “secteur caché ”, un univers parallèle de particules invisibles ; l’autre, celle d’un cosmos primitif capable de “rayonner ” naturellement de la matière noire.
Matière noire : et si elle venait d’un monde miroir ?
Le premier scénario, paru en juillet dans Physical Review D, imagine un « dark QCD », réplique invisible de la force nucléaire qui lie les quarks entre eux. Ce secteur fantôme aurait ses propres quarks et gluons, formant des baryons sombres si massifs qu’ils s’effondreraient en micro-trous noirs stables, invisibles mais lourds comme le destin.
Ces reliques se comporteraient comme des trous noirs, mais interagiraient uniquement par gravité.
Stefano Profumo, théoricien à l’Université de Californie
Ce modèle, ancré dans une physique bien établie, reste testable : il suffirait de repérer ses effets gravitationnels sur la formation des grandes structures cosmiques.
L’horizon qui fabrique de la matière
Dans sa seconde étude, publiée en mai, Profumo déplace le regard vers les confins du jeune Univers. Il explore un horizon cosmique — analogue à l’horizon d’un trou noir — capable de générer des particules par effets quantiques, lors d’une phase d’expansion accélérée post-inflation.
Nous n’avons pas besoin de savoir comment la matière noire interagit : il suffit qu’elle soit stable et produite gravitationnellement.
Stefano Profumo
En variant la durée et la température de cette expansion, on obtient toute une gamme de masses possibles pour la matière noire — et un mécanisme purement gravitationnel, affranchi des hypothèses expérimentales qui peinent aujourd’hui à livrer des résultats.
Entre théorie et observation
Ces deux pistes prolongent un héritage fort à Santa Cruz, où l’interface entre cosmologie et physique des particules est cultivée depuis des décennies. Ici, on jongle autant avec les équations de la gravitation quantique qu’avec les données de satellites scrutant le fond diffus cosmologique. “Nous restons dans un cadre de physique connue, mais nous poussons ses frontières”, résume Profumo.
Nous restons ancrés dans une physique connue — qu’il s’agisse de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe, ou des propriétés bien étudiées des théories de jauge SU(N) — tout en les poussant vers de nouvelles frontières.
Stefano Profumo
Si elles se confirmaient, ces théories offriraient enfin un récit cohérent à ce ciment invisible de l’Univers. Reste à savoir si les observations, actuelles ou futures, viendront leur donner corps… ou les reléguer au rayon des belles idées inaccessibles.
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