Des anti-étoiles candidates découvertes dans la Voie lactée !

On considère généralement qu’il n’existe pas d’astres constitués d’antimatière dans l’Univers observable. Toutefois, autant de matière que d’antimatière aurait dû être produite pendant le Big Bang, ce qui conduit les astrophysiciens à chercher depuis des décennies où cette antimatière pourrait être passée. Des chercheurs de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Irap), du Cnrs à Toulouse, ont ainsi tout de même débusqué en rayons gamma des candidats au titre d’anti-étoile dans la Voie lactée.

Rappelons que, pour un astrophysicien ou un cosmologiste, la théorie du Big Bang affirme simplement que l’Univers observable était plus chaud, plus dense, et constitué d’un plasma de nucléons, d’électrons, de neutrinos et de photons sans atomes il y a entre 10 et 20 milliards d’années. Il n’est nullement question d’un temps zéro absolu et l’on n’est pas obligé d’admettre l’existence d’une densité infinie à ce moment-là. Il pourrait donc y avoir un pré-Big Bang ou bien des régions de l’espace suffisamment loin qui n’étaient ni en expansion ni avec un contenu similaire.

La théorie du Big Bang ainsi exposée est aussi solide que la rotondité de la Terre ou l’héliocentrisme. L’énergie noire et la matière noire pourraient très bien ne pas exister, cela ne la réfuterait nullement. Mais il faut bien dire que le modèle cosmologique standard est loin de répondre de façon complètement satisfaisante à toutes les questions cosmogoniques que l’on peut se poser sur le cosmos observable.

Il y a par exemple l’énigme de l’antimatière cosmologique.

Une émulsion d’antimatière et de matière laissée par le Big Bang ?
Le modèle standard en physique des particules nous dit qu’à la « naissance » de l’Univers observable, si l’on suppose ce modèle valide, autant de particules de matière que d’antimatière auraient dû exister. La charge électrique se conserve, on ne peut donc pas créer des particules d’un signe de charge donné sans créer autant d’antiparticules de charge opposée de sorte que la somme totale des charges reste nulle. Enfin, il existe aussi une loi de conservation d’une quantité que l’on appelle le nombre baryonique, et qui n’est pas nul pour les protons et les neutrons, qui sont des baryons (les électrons et les neutrinos ne le sont pas). Il faudrait donc un modèle de baryogenèse pour expliquer pourquoi nous voyons des protons et quasiment pas d’antiprotons ou d’antineutrons sur Terre, dans le Système solaire et bien au-delà.

Des conditions générales pour expliquer pourquoi un peu plus de matière que d’antimatière aurait été produite pendant le Big Bang — alors que des parts égales de matière et d’antimatière se seraient annihilées à la fin du Big Bang laissant les photons du rayonnement fossile et également un fond diffus de neutrinos — ont été énoncées il y a plus de 50 ans par le célèbre physicien Andrei Sakharov. Elles font intervenir de la nouvelle physique qui échappe toujours jusqu’à présent aux expériences de laboratoire.

Mais il y a plus de 50 ans également, lorsque la théorie du Big Bang a commencé à être accréditée avec la découverte du rayonnement fossile, d’autres solutions à l’énigme de l’antimatière cosmologique avaient été avancées. On pouvait par exemple supposer que, pour des raisons inconnues, matière et antimatière avaient bien été produites en quantités égales globalement mais pas localement. Le cosmos observable était peut-être une sorte d’émulsion de matière et d’antimatière avec des régions majoritairement constituées de l’une ou de l’autre. Il y avait donc peut-être des anti-étoiles côtoyant des étoiles dans la Voie lactée, à moins que la différence ne soit notable qu’au niveau des galaxies, voire des amas de galaxies. Ces anti-étoiles devraient se comporter en tout point comme des étoiles, au signe de charge près, puisque les lois de la théorie quantique des champs relativistes nous disent que particules de matière et d’antimatière devraient avoir les mêmes propriétés.

Des astrophysiciens de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP1-CNRS/CNES/UT3 Paul Sabatier) viennent d’apporter une nouvelle pièce à ce débat, comme ils l’expliquent dans un article publié par la célèbre et très sérieuse Physical Review D et que l’on peut consulter en accès libre sur arXiv.

Simon Dupourqué, Luigi Tibaldo, et Peter von Ballmoos ont revisité des travaux et des idées dont une bonne présentation se trouve dans l’article écrit en 1976 par le célèbre et hélas défunt astrophysicien et cosmologiste Gary Steigman qui a été un des pionniers de l’énigme de l’antimatière en cosmologie ainsi que de la théorie de la nucléosynthèse primordiale. On lui doit aussi, avec ses collègues James Gunn et David Schramm, une prédiction spectaculaire (vérifiée) à partir de cette théorie concernant le nombre d’espèces de neutrinos légers dans l’Univers observable, une prédiction que l’on pouvait tester avec le Lep au Cern avec des collisions d’électrons et de positrons et en étudiant la désintégration du boson Z de la théorie électrofaible.

Des flux anormaux de rayons gamma et des anti-noyaux dans les rayons cosmiques ?
L’idée principale est la suivante (en supposant que la théorie de l’émulsion pour la matière et l’antimatière soit la bonne et pertinente à l’échelle d’une galaxie). En utilisant la théorie de l’accrétion sphérique de Bondi-Hoyle-Littleton avec de la matière interstellaire normale tombant sur la surface d’une anti-étoile sous l’effet de la gravitation, on peut calculer un flux caractéristique de rayons gamma produit par l’annihilation des protons avec les antiprotons de l’étoile. La signature résultante, la seule signalant une différence entre le comportement d’une anti-étoile et celui d’une étoile, pouvait être chassée dans la décennie d’observations faites avec le télescope gamma Fermi de la Nasa et qui est archivée.

Au final, 14 candidats au titre d’anti-étoiles ont été trouvés par les chercheurs. Statistiquement, en l’état, cela suggère qu’il pourrait donc exister environ une anti-étoile pour 300.000 étoiles dans la Voie lactée. Certaines seraient dans son disque mais il pourrait en exister dans son halo, notamment certains types d’anti-étoiles prédites par des scénarios de baryogenèse et qui seraient plus difficiles à découvrir en gamma mais dont l’existence est contrainte par des effets de micro-lentilles gravitationnelles.

Mais les chercheurs sont bien conscients des limites de cette interprétation car des pulsars et des trous noirs accrétant de la matière pourraient peut-être parfois produire une signature ressemblant à celle d’une anti-étoile.

Il est intéressant de se souvenir que, comme l’expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous, des anti-étoiles produiraient un flux d’anti-noyaux pouvant survivre un certain temps lors de leur voyage dans le milieu interstellaire sans rencontrer de matière normale. Ils seraient donc détectables dans le rayonnement cosmique primaire hors de l’atmosphère. Or le détecteur AMS à bord de l’ISS a peut-être découvert certains de ces anti-noyaux, ceux d’antihélium 3.

Toutefois, il faut savoir aussi que des arguments ont été donnés il y a des années dans le but de montrer que l’existence d’une émulsion d’antimatière conduirait tout de même à des rencontres bien trop fréquentes entre matière et antimatière dans l’Univers observable et donc à des émissions de rayons gamma que l’on n’observe pas.

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/cosmologie-anti-etoiles-candidates-decouvertes-voie-lactee-67072/

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