Au cœur d'un amas de galaxies à 200 millions d'années-lumière, les astronomes n'ont pas réussi à détecter des particules hypothétiques appelées axions.
Cela impose de nouvelles contraintes sur la façon dont nous pensons que ces particules fonctionnent, mais cela a également des implications assez sérieuses pour la théorie des cordes et le développement de The Theory of Everything, qui décrit le fonctionnement de l'univers physique.
Lorsqu'il s'agit de comprendre le fonctionnement de l'univers, les scientifiques ont proposé de très bonnes théories. L'un d'eux est la relativité générale, qui décrit le fonctionnement de la physique au niveau macro. L'autre est la mécanique quantique, qui décrit comment les choses se comportent aux niveaux atomique et subatomique.
Le gros problème est que les deux théories ne s'entendent pas. La relativité générale ne peut pas être réduite au niveau quantique et la mécanique quantique ne peut pas être étendue. Il y a eu de nombreuses tentatives pour les faire devenir amis en développant la soi-disant théorie du tout.
L'un des candidats les plus prometteurs pour résoudre les différences entre la relativité générale et la mécanique quantique est la théorie des cordes, qui consiste à remplacer les particules ponctuelles en physique des particules par de minuscules chaînes unidimensionnelles vibrantes.
De plus, de nombreux modèles de théorie des cordes prédisent l'existence d'axions, des particules de très faible masse émises pour la première fois dans les années 1970 pour répondre à la question de savoir pourquoi les forces atomiques fortes suivent ce que l'on appelle la symétrie de parité de charge, alors que la plupart des modèles disent que non. . Il s'avère que la théorie des cordes prédit également plus de particules qui se comportent comme des axions, appelées particules de type axion.
L'une des propriétés des particules de type axion est qu'elles peuvent se transformer en photon lorsqu'elles traversent un champ magnétique; à l'inverse, les photons peuvent se transformer en particules de type axion lorsqu'ils traversent un champ magnétique. La probabilité que cela se produise dépend d'un certain nombre de facteurs, y compris la force du champ magnétique, la distance parcourue et la masse de la particule.
Les scientifiques ont utilisé l'observatoire à rayons X Chandra pour étudier le noyau actif de la galaxie NGC 1275, qui se trouve à environ 237 millions d'années-lumière au centre d'un amas de galaxies appelé amas de Persée.
Leurs observations pendant huit jours se sont soldées par une connaissance limitée, voire inexistante, du trou noir. Mais ensuite, ils ont réalisé que les données pouvaient être utilisées pour rechercher des particules semblables à des axions.
“La lumière des rayons X de NGC1275 doit passer à travers le gaz chaud de l'amas de Perseus, et ce gaz est magnétisé”, a expliqué Reynolds.
Le champ magnétique est relativement faible (10 000 fois plus faible que le champ magnétique à la surface de la Terre), mais les photons doivent parcourir une distance énorme à travers ce champ magnétique. Cela signifie qu'il existe de nombreuses possibilités de convertir ces photons en particules de type axion (à condition que les particules de type axion aient une masse suffisamment faible).
Étant donné que la probabilité de conversion dépend de la longueur d'onde du photon, les observations devraient révéler une distorsion, car certaines longueurs d'onde sont converties plus efficacement que d'autres.
Il a fallu aux chercheurs environ un an de travail minutieux, mais au final, aucune distorsion de ce type n'a été trouvée.
Cela signifie que les scientifiques peuvent exclure l'existence d'axions dans la gamme de masse à laquelle leurs observations étaient sensibles – jusqu'à un milliardième de la masse d'un électron.
“Notre étude n'exclut pas l'existence de ces particules, mais elle n'aide certainement pas la théorie des cordes”, a déclaré l'astronome Helen Russell de l'Université de Nottingham au Royaume-Uni.
L'étude a été publiée dans l'Astrophysical Journal.
Sources: Photo: NASA / CXC / SAO / E.Bulbul, et al.
