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Nouvelles précisions concernant la masse des neutrinos cosmiques

Une équipe du DPHP, département de physique des particules de l'IRFU, Institut de Recherche sur les Lois fondamentales de l'Univers, dépendant du Commissariat à l'Energie Atomique (France), vient de mener l'étude la plus précise à ce jour portant sur la masse des neutrinos cosmiques.

Les neutrinos cosmiques comprennent à la fois des neutrinos du modèle standard et des neutrinos dits stériles supposés contribuer à la matière noire. Celle-ci est une matière encore hypothétique, invisible à ce jour, qui contribuerait pour l'essentiel à la masse de l'univers.

Rappelons que le neutrino  est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Ce sont des leptons. En physique des particules, un lepton est une particule élémentaire qui n'est pas sensible à l'interaction forte telle que l'interaction gravitationnelle, autrement dit qui ne comporte pas en principe de masse ou poids.. La famille des leptons est constituée des électrons, des muons, des tauons, des neutrinos et de leurs antiparticules.

Les neutrinos sont électriquement neutres, c'est-à-dire qu'ils ne possèdent pas la charge électrique qui permet aux électrons de former un nuage entourant le noyau de l'atome. Ils ne font donc pas partie de la matière observable telle que nous la connaissons. Il en existe trois types ou « saveurs ». Ils sont apparus dès les origines de l'univers, formant des densités considérables. Depuis ils se sont progressivement dilués. Les neutrinos restent cependant remarquablement abondants, soit 360 neutrinos par cm3 dans l'Univers, presque autant que de photons.

Pour mieux connaître les neutrinos, les chercheurs responsables des deux études référencées ici ont exploité les spectres de près de 200 000 quasars lointains tels qu'ils étaient mesurés par le projet BOSS du Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Ceci leur a permis de cartographier la répartition de l'hydrogène depuis des époques très reculées de l'histoire de l' univers, il y a dix à douze milliards d'années de cela.

Pourquoi des quasars ? Ceux-ci sont des galaxies dotées d'un trou noir central dont la masse est des milliards de fois supérieure à celle du trou noir situé au cœur de la Voie lactée. Ils chauffe la matière qui s'y engouffre laquelle produit autant de lumière qu'une galaxie ordinaire à elle seule. Ils sont visibles à des milliards d'années-lumière. Sur Terre, à l'œil nu, ils peuvent être confondus avec des étoiles proches. La lumière qu'ils ont émis dès leur apparition il y a plus de 10 milliards d'années a été partiellement absorbée sur sa trajectoire par l'hydrogène qui constitue l'essentiel du milieu intergalactique autrefois considéré comme vide.

A partir d'une sélection des spectres de quasars distants les plus adéquats, les chercheurs ont pu obtenir une mesure des propriétés statistiques de la répartition spatiale de l'hydrogène intergalactique, y compris pour des quasars lointains, autrement dit vieux de quelques 12 milliards d'années.

Ces résultats ont permis de préciser la masse jusqu'ici mal connue des neutrinos cosmiques et de préciser en conséquence la répartition des filaments d'hydrogène dans le milieu intergalactique, susceptibles de former des structures de matière observable jusqu'ici encore ignorées ou mal identifiées.

En étudiant un Univers plus lointain, donc plus ancien, ces nouvelles mesures pourraient permettre de préciser l'existence d'une matière noire dite tiède, formées de particules de très faible masse. Ce serait un premier pas important pour une connaissance de la matière noire proprement dite, autrement dit de l'Univers dans sa totalité.

Pour plus de détails, voir https://www.futura-sciences.com/sciences/dossiers/physique-neutrino-elusive-particule-602/page/3/

Ainsi que https://www.techno-science.net/actualite/etau-se-resserre-autour-neutrinos-cosmos-N19146.html

Références

* The onedimensional power spectrum from the SDSS DR14 Lyman-alpha forests, JCAP 07, 017 (2019) – arXiv:1812.03554
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2019/07/017

* Hints, neutrino bounds, and WDM constraints from SDSS DR14 Lymanalpha and Planck full-survey data, soumis à JCAP – arXiv:1911.09073
https://arxiv.org/abs/1911.09073

06/01/2020
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