Depuis des années, la matière noire intrigue les chercheurs et constitue l'un des plus grands mystères de la physique moderne. Cette substance invisible et hypothétique représenterait environ un quart de l'énergie totale de l'univers. Pourtant, sa composition reste à ce jour difficile à déceler.

Pour en apprendre davantage, des chercheurs japonais ont réalisé une expérience à ciel ouvert. Ils ont utilisé l'environnement magnétique de la Terre pour détecter des signaux susceptibles de provenir de la matière noire, raconte Science Daily.

Deux théories coexistent autour de la composition de la matière noire. Elle serait constituée d'«axions ultralégers» ou de «photons sombres». Ces particules sont, toutes deux, extrêmement légères. Habituellement, les chercheurs utilisent de puissants appareils imitant le champ magnétique ainsi que des aimants pour essayer de les repérer. Mais cette fois-ci, ils ont changé de méthode.

Les scientifiques ont eu une idée innovante: transformer la Terre en un gigantesque détecteur de matière noire. «Nous nous sommes demandé si nous pouvions utiliser la Terre elle-même comme un détecteur géant dans le cadre de cette recherche, explique Atsushi Taruya, coauteur de l'étude. La cavité Terre-ionosphère agit comme un résonateur naturel qui amplifie les ondes électromagnétiques précisément dans la gamme de masses que nous souhaitions explorer.»

La région située entre la surface de la Terre et l'ionosphère, l'une des couches de l'atmosphère, peut entrer en résonance avec les ondes électromagnétiques. Une particularité fortement utile pour la recherche des signaux associés aux particules ultralégères.

Des fréquences plus élevées pour traquer la matière noire

Jusqu'ici, les modèles utilisés permettaient d'étudier les fréquences inférieures à 1 Hz. Une partie importante de la gamme de fréquences restait ainsi inexplorée. Les chercheurs ont développé un nouveau cadre théorique prenant notamment en compte la conductivité électrique de l'atmosphère. Leurs calculs indiquent que la cavité Terre-ionosphère amplifierait les signaux autour de 8 Hz et permettrait d'étendre les recherches jusqu'à environ 30 Hz.

Les scientifiques ont voulu savoir si une éventuelle interaction avec la matière noire laisserait un signal. Pour tester leur idée, ils ont étudié près de dix années de mesures du champ magnétique terrestre réalisées par un observatoire écossais. Les astronomes ont d'abord éliminé les sources de bruit artificielles des données. Ensuite, ils ont recherché des ondes extrêmement faibles et se sont concentrés sur une gamme de fréquences très étroite –celle qui correspondrait à la matière noire.

En utilisant la Terre entière comme détecteur, l'étude a permis, d'une part, d'établir des limites bien plus précises quant à l'intensité de l'interaction des axions avec la lumière. Elles sont environ 100 fois plus précises que certaines mesures précédemment effectuées.

Un résultat intrigant a également été observé. En ce qui concerne les photons sombres, plusieurs signaux pourraient potentiellement provenir de la matière noire. Cependant, leur source reste inconnue. Ils ne peuvent donc pas être considérés comme des preuves de l'existence de la matière noire, dont la véritable nature reste pour l'instant un mystère.