Ce groupe de galaxies vient de porter un coup dur à la théorie des cordes

Ce groupe de galaxies vient de porter un coup dur à la théorie des cordes

 

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 importantes pour la théorie des cordes et le développement d’une théorie de tout qui décrit le fonctionnement de l’Univers physique.

 

“Jusqu’à récemment, je n’avais aucune idée du montant que les astronomes des rayons X apportent à la table en matière de théorie des cordes, mais nous pourrions jouer un rôle majeur” , a déclaré l’astrophysicien Christopher Reynolds. de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni .

Pour comprendre comment fonctionne l’Univers, nous avons développé de très bons cadres. L’un est la relativité générale , décrivant comment la physique fonctionne à un niveau macro. Un autre est la mécanique quantique, qui décrit comment les choses se comportent au niveau atomique et subatomique.

Le gros problème est que les deux cadres ne s’entendent pas. La relativité générale ne peut pas être réduite au niveau quantique, et la mécanique quantique ne peut pas être augmentée. Il y a eu de nombreuses tentatives pour les amener à jouer gentiment, développant ce qu’on appelle une théorie de tout.

L’un des candidats les plus prometteurs pour résoudre les différences entre la relativité générale et la mécanique quantique est quelque chose appelé la théorie des cordes , qui consiste à remplacer les particules ponctuelles en physique des particules par de minuscules et vibrantes particules. -des chaînes dimensionnelles.

En outre, de nombreux modèles de théorie des cordes prédisent l’existence d’axions – les particules de masse ultra-faible émises pour la première fois dans les années 1970 pour résoudre la question de savoir pourquoi des forces atomiques fortes suivent quelque chose appelé symétrie de parité de charge , quand la plupart des modèles disent qu’ils n’en ont pas besoin. Il s’est avéré que la théorie des cordes prédit également un grand nombre 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 convertir en photon lorsqu’elles traversent un champ magnétique; et, inversement, les photons peuvent se convertir en particules de type axion lorsqu’ils traversent un champ magnétique. La probabilité de cela dépend d’une gamme de facteurs, y compris la force du champ magnétique, la distance parcourue et la masse de la particule.

C’est là qu’interviennent Reynolds et son équipe. Ils avaient utilisé l’Observatoire de rayons X de Chandra pour étudier le noyau actif d’une galaxie appelée NGC 1275 qui se trouve autour de 237 millions de lumière- ans, au cœur d’un amas de galaxies appelé amas de Persée.

Leurs huit jours d’observations ont fini par leur dire presque rien sur le trou noir . Mais ensuite, ils ont réalisé que les données pouvaient être utilisées pour rechercher des particules de type axion.

“La lumière à rayons X de NGC1275 doit passer à travers le gaz chaud de l’amas de Persée, et ce gaz est magnétisé”, explique Reynolds .

“Le champ magnétique est relativement faible (plus de 10 000 fois plus faible que le champ magnétique à la surface de la Terre), mais les photons de rayons X doivent parcourir une distance énorme à travers ce champ magnétique. Cela signifie qu’il y a amplement possibilité de conversion de ces photons en particules de type axion (à condition que les particules de type axion aient une masse suffisamment faible). ”

Parce que la probabilité de conversion dépend de la longueur d’onde des photons de rayons X, les observations devraient révéler une distorsion car certaines longueurs d’onde sont converties plus efficacement que d’autres. Il a fallu environ un an de travail minutieux à l’équipe, mais au final, aucune distorsion de ce type n’a été trouvée.

Cela signifie que l’équipe pouvait exclure l’existence d’axions dans la gamme de masse à laquelle leurs observations étaient sensibles – jusqu’à environ un millionième de milliardième de la masse d’un électron.

“Nos recherches n’excluent pas l’existence de ces particules, mais cela n’aide certainement pas leur cas”, a déclaré l’astronome Helen Russell de l’Université de Nottingham au Royaume-Uni .

“Ces contraintes creusent dans la gamme de propriétés suggérées par la théorie des cordes et peuvent aider les théoriciens des cordes à sonder leurs théories.”

La recherche a été publiée dans The Astrophysical Journal .

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