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Les observations indiquent que le gaz intergalactique dans notre univers est légèrement plus chaud qu’il ne devrait l’être. Récemment, une équipe d’astrophysiciens a utilisé des simulations informatiques sophistiquées pour proposer une solution radicale : une forme exotique de matière noire connue sous le nom de « matière noire ». photons« Cela pourrait réchauffer l’endroit.
Ces particules étranges seront porteuses d’une nouvelle cinquième force de la nature que la matière ordinaire ne connaît pas, mais parfois ces photons sombres peuvent inverser leur identité pour devenir des photons réguliers, fournissant une source de chaleur.
se sentir neutre
Nous pouvons trouver de tels photons noirs en observant le gaz intergalactique à l’aide de ce que l’on appelle la forêt alpha de Lyman. Lorsque nous observons la lumière d’un objet lumineux distant, tel qu’un quasar (objets brillants alimentés par trous noirs Au centre des galaxies lointaines), il y a une série de trous dans le spectre lisse de la lumière de cet objet lointain.
Voici pourquoi : Cette lumière doit traverser des milliards d’années-lumière de gaz pour nous atteindre. Parfois, cette lumière traverse une masse relativement dense d’hydrogène neutre – un type d’hydrogène composé d’un proton et d’un neutron, qui imprègne les nuages de gaz dans tout l’univers.
La majeure partie de cette lumière passera sans être affectée, mais une Une longueur d’onde de lumière très spécifique Ça va sucer. Cette longueur d’onde correspond à la différence d’énergie nécessaire pour propulser un électron de son premier niveau d’énergie à son deuxième niveau d’énergie au sein des atomes d’hydrogène.
Lorsque les astronomes regarderont la lumière de cet objet, elle apparaîtra autrement banale, à l’exception d’un écart dans la longueur d’onde d’une transition d’énergie spécifique, connue sous le nom de ligne Lyman-alpha.
La lumière de l’objet distant traversera plusieurs nuages et masses d’hydrogène neutre. L’expansion de l’univers décale vers le rouge les lacunes à différentes longueurs d’onde, avec une nouvelle lacune apparaissant à une longueur d’onde différente en fonction de la distance au nuage de gaz particulier. Le résultat final est la « forêt »: une série de lignes et de lacunes dans le spectre.
Faites chaud ici
Ces lacunes Lyman-alpha peuvent également être utilisées pour mesurer la température de chaque nuage de gaz. Si l’hydrogène neutre était complètement stable, l’écart apparaîtrait comme une ligne incroyablement mince. Mais si des particules individuelles se déplacent, l’écart s’élargira en raison de l’énergie cinétique de ces particules. Plus le gaz est chaud, plus l’énergie cinétique des molécules est grande et plus l’écart est grand.
Dans un article publié en novembre dans la revue Lettres d’examen physique, une équipe d’astrophysiciens a souligné qu’en utilisant cette méthode, les nuages de gaz intergalactiques apparaissent très chauds. Les simulations informatiques de l’évolution de ces nuages de gaz prédisent qu’ils sont un peu plus froids que ce que nous observons, et donc peut-être que quelque chose réchauffe ces nuages qui ne sont pas actuellement pris en compte dans les simulations astrophysiques.
Les auteurs de l’étude affirment qu’une explication possible de cet écart est l’existence de « photons noirs » dans notre univers. C’est une forme très par défaut de matière noirela matière mystérieuse et invisible qui représente près de 80 % de toute la masse de l’univers, mais qui ne semble pas interagir avec la lumière.
Étant donné que les astronomes ne comprennent pas actuellement l’identité de la matière noire, le champ est grand ouvert avec des possibilités pour ce qu’elle pourrait être. Dans ce modèle, au lieu que la matière noire soit constituée de particules invisibles (comme une version fantomatique d’électrons, par exemple), elle serait plutôt constituée d’un nouveau type de porteur de force, c’est-à-dire un type de particule qui médie les interactions entre d’autres particules.
Ténèbres chaudes et floues
Le photon familier est le porteur de force de l’électromagnétisme – c’est ce qui génère l’électricité, le magnétisme et la lumière. Les photons noirs seront porteurs de force pour une nouvelle force de la nature qui n’opère pas à des échelles habituelles dans des scénarios habituels (par exemple, dans nos laboratoires ou à l’intérieur système solairece que nous avons déjà remarqué).
Selon les auteurs de l’étude, les photons noirs auraient encore une très petite masse, et pourraient donc encore expliquer la matière noire. De plus, puisqu’ils sont porteurs de force, ils peuvent également interagir entre eux et avec d’éventuelles autres particules de matière noire. Dans les modèles étudiés par l’équipe d’astrophysiciens, les photons noirs peuvent jouer un autre rôle : ils peuvent parfois se transformer en un photon ordinaire.
En termes physiques, les photons noirs peuvent « se mélanger » avec des photons normaux, et ils échangent rarement des identités. Lorsqu’ils le font, le photon nouvellement créé continue de faire ce que les photons ordinaires ont toujours fait : chauffer les choses. Les chercheurs ont réalisé la toute première simulation de l’évolution de l’univers, y compris les effets de ces photons noirs qui changent de forme. Ils ont découvert qu’une combinaison particulière de la masse du photon noir et de la probabilité de devenir un photon régulier pouvait expliquer le paradoxe de l’échauffement.
Ce résultat est très éloigné du cas des photons noirs. Une gamme de possibilités pourrait également expliquer les résultats de Lyman-alpha, comme des observations inexactes ou une mauvaise compréhension du réchauffement astrophysique (normal) entre les galaxies. Mais c’est un élément de preuve intéressant, et les résultats peuvent être utilisés comme point de départ pour une exploration plus approfondie de la faisabilité de cette idée bizarre.
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