Empreintes digitales dans le spectre : les pulsars contre la matière noire ✛ ✎ ✦

Le spectre des électrons cosmiques, c'est comme des empreintes digitales sur une scène de crime. Les particules qui arrivent des profondeurs de la Galaxie portent dans leurs énergies les traces de ceux qui les ont engendrées. Pendant longtemps, l'image est restée floue : les instruments avec de larges canaux en énergie, telles des photographies floues, ne permettaient pas d'en distinguer les détails. Mais récemment, les scientifiques ont eu entre les mains une image nette — le spectre de haute précision mesuré par l'instrument ATIC avec une résolution d'environ 3 %. Et des lignes inattendues y sont apparues.

On pensait auparavant que tous les positrons des rayons cosmiques naissaient de manière secondaire : les protons, en collision avec le gaz interstellaire, produisent des paires électron-positron. Mais les données de PAMELA et de Fermi/LAT ont montré que la fraction de positrons augmente avec l'énergie, ce que le modèle secondaire ne peut pas expliquer. Deux suspects principaux sont apparus : l'annihilation de particules de matière noire et les pulsars proches — des étoiles à neutrons en rotation rapide qui, comme des phares, éjectent des flux de particules. Les deux scénarios décrivaient aussi bien les données à basse énergie, et il était impossible de les distinguer.

Le nouveau spectre d'ATIC a changé la donne. Dans la région de 200 à 600 GeV, il n'a pas montré une courbe lisse, mais une structure dentelée distincte : trois pics autour de 250, 350 et 450 GeV et trois creux entre eux. La signification statistique est de 99.7 %, et la structure a été reproduite lors de deux vols indépendants. Ce ne sont pas des fluctuations aléatoires, mais de véritables empreintes.

L'ajustement de la structure fine par plusieurs pulsars est possible avec des paramètres raisonnables. De plus, dans ce cas, la fraction de positrons devrait augmenter rapidement avec l'énergie, atteignant environ 0.4 à 400–500 GeV, ce qui est en accord avec les données de Fermi/LAT jusqu'à 200 GeV. Ainsi, les empreintes digitales commencent à se composer en un portrait de sources spécifiques.

Maintenant que nous avons une image nette, il reste à la confirmer par des expériences indépendantes. Si la structure fine est reproduite sur d'autres instruments, cela deviendra un argument décisif en faveur de l'origine pulsar des anomalies. Et alors, l'énigme de l'excès de positrons sera résolue — non pas par la matière noire, mais par des phares cosmiques familiers.