La matière noire est invisible, mais son attraction empêche les galaxies de se disperser. On a longtemps pensé que les particules de matière noire se traversaient sans se voir. Pourtant, dans les petites galaxies, la densité de matière noire au centre s'est avérée plus faible que ne le prédisent les calculs. Comme si les particules invisibles entraient parfois en collision et se repoussaient, à la manière de boules de billard.
Un groupe de scientifiques a intégré ces collisions dans le programme informatique OpenGadget3, qui simule la naissance et la croissance des galaxies. Le programme sait désormais calculer comment les particules de matière noire rebondissent les unes sur les autres lorsqu'elles se rapprochent. On peut définir l'intensité de leur diffusion et les directions dans lesquelles elles repartent après l'impact. C'est comme régler l'élasticité de boules de billard invisibles.
Les auteurs ont vérifié la précision sur plusieurs problèmes dont les réponses étaient connues. Les résultats correspondent aux attentes, et la vitesse de calcul s'est révélée élevée même avec un grand nombre de particules. Il reste aussi des questions non résolues : par exemple, comment modéliser des collisions où les particules ne se contentent pas de rebondir, mais fusionnent ou échangent de l'énergie autrement.
Désormais, tout chercheur peut télécharger le programme et tester ses hypothèses sur la matière noire. Peut-être que ces collisions expliqueront les mystères des petites galaxies et nous rapprocheront de la compréhension de ce qui constitue un quart de l'Univers.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.10107
Dark matter (DM) could be subject to non-gravitational self-interactions which is relevant to resolve potential problems of cold DM on small scales. Their impact on astrophysical objects such as galaxies and galaxy clusters allows for constraining the strength of this scattering and eventually further properties of the cross-section. To model self-interacting dark matter (SIDM), N-body simulations are a crucial tool widely employed by the SIDM community. In this paper, we describe the SIDM implementation in the cosmological hydrodynamical N-body code OpenGadget3 and release it to the public. It is capable of simulating elastic scattering for various differential cross-sections, including strongly anisotropic cross-sections. Beyond single-species models, the code also allows simulating a two-species model with cross-species interactions. In addition to describing the numerical schemes for modelling various flavours of SIDM, we discuss the technical challenges of implementing them. Moreover, we demonstrate through several test problems that OpenGadget3 can accurately simulate DM self-interactions. Furthermore, we assess the performance of the code and provide scaling tests. Lastly, we highlight remaining challenges in the context of SIDM and describe directions for improving the current state of the art.
La matière noire est environ cinq fois plus abondante dans l'Univers que la matière ordinaire, celle qui compose les étoiles, les planètes et nous-mêmes.