Invisible mais omniprésente, la matière noire constituerait environ 27% de l'univers connu. Pourtant, malgré des décennies de recherches, aucune particule n'a jamais été détectée directement. Elle ne brille pas, n'absorbe pas la lumière, et échappe à tous les instruments d'observation. Les astrophysiciens ne peuvent en inférer l'existence qu'à travers son influence gravitationnelle sur la matière ordinaire –celle qui constitue les étoiles, les planètes, et nous-mêmes.

Mais un indice inattendu pourrait trahir sa présence: une lueur fantomatique dans l'ultraviolet. Des relevés effectués dans notre galaxie ont révélé une luminosité diffuse que personne ne parvient à expliquer entièrement. Selon une hypothèse récente relayée par Popular Mechanics, cette faible lueur pourrait bien provenir d'une forme très particulière de matière noire.

Parmi les nombreuses pistes envisagées pour expliquer la nature de la matière noire, certaines théories proposent qu'elle soit composée d'objets ultradenses appelés Axion Quark Nuggets (AQN), des «pépites de quarks axions». Ces entités minuscules associeraient des particules dites quarks à des axions, dont l'existence reste hypothétique mais pourrait résoudre plusieurs énigmes cosmiques.

Les AQN se comporteraient de manière similaire à la «matière noire froide», censée jouer un rôle majeur dans la formation des galaxies. Cependant, leur singularité tiendrait à une particularité: lorsqu'ils interagissent avec la matière ordinaire, ils pourraient émettre de la lumière sous forme de rayonnement électromagnétique. Et si certaines de ces «pépites» étaient composées d'antimatière, ces collisions aboutiraient à des annihilations spectaculaires, transformant la masse en éclats lumineux.

Un excès de lumière dans l'ultraviolet

C'est ce scénario qu'a voulu tester Michael Sekatchev, astrophysicien à l'Université de Californie, Berkeley. En étudiant des données recueillies il y a une dizaine d'années par le satellite GALEX de la NASA, il s'est penché sur ce fond ultraviolet diffus. Cette lumière ténue baigne notre univers sans qu'aucune source évidente n'ait été identifiée. Une partie de cette luminosité provient du rayonnement des étoiles, diffusé par la poussière interstellaire, mais une fois cette contribution soustraite, un excès demeure, que les chercheurs ne parviennent pas à expliquer.

D'autres observations, notamment celles de la sonde Dynamics Explorer et du spectrographe Alice embarqué sur New Horizons, ont confirmé cette anomalie: la lueur ultraviolette est répartie très uniformément et ne correspond pas à la répartition des étoiles les plus brillantes de la Voie lactée. Autrement dit, elle ne vient pas du simple bruit stellaire.

Une lueur venue de la matière noire?

Cette homogénéité a convaincu Michael Sekatchev de tester une hypothèse audacieuse: et si cette lumière provenait d'un processus d'annihilation entre matière et matière noire? Dans un précédent travail théorique, certains chercheurs avaient décrit des objets composés de matière noire mais capables, sous certaines conditions, d'interagir légèrement avec la matière visible. Les AQN correspondaient à ce profil.

À l'aide de simulations informatiques, l'équipe de Berkeley a calculé quelle intensité de lumière ultraviolette pourrait être produite si les AQN constituaient la matière noire dans les régions de la Voie lactée déjà étudiées. Les résultats ont concordé avec les mesures de GALEX et de New Horizons: le modèle reproduisait précisément la brillance observée.

Mieux encore, les photons ionisants libérés lors de ces annihilations pourraient éclairer d'autres mystères cosmiques. Les observations du télescope spatial James Webb ont montré que les premières galaxies de l'univers produisaient d'immenses quantités de lumière capables d'ioniser le gaz environnant. Si les AQN existent, leurs interactions pourraient avoir contribué à ce phénomène, offrant une clé d'explication sans bouleversement majeur du modèle cosmologique actuel.

Les chercheurs estiment que ces «pépites» auraient une masse de quelques grammes seulement et une taille inférieure au micromètre, mais leur densité serait si extrême qu'elles pourraient avoir un effet mesurable à grande échelle. Selon leur étude parue dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, l'interaction entre AQN et baryons (les particules constituant la matière ordinaire) permettrait de reproduire la signature électromagnétique observée autour du système solaire.

Cette hypothèse ne prouve pas encore l'existence des AQN, mais elle ouvre une voie nouvelle dans la traque de la matière noire. Si de tels objets existent bel et bien, leur trace lumineuse pourrait devenir un outil précieux pour mieux comprendre la composition de l'univers.