Personne n'a jamais vu la matière noire, mais chaque galaxie ressent son attraction. On se l'imagine souvent comme une mer de particules identiques et silencieuses. La nouvelle étude dresse un tableau plus vivant : deux sortes de particules, lourdes et légères, en échange constant. Une particule lourde, lors d'une collision avec une autre, peut se transformer en particule légère, et la différence de masse libère une petite impulsion de mouvement – comme si un ressort comprimé était caché à l'intérieur.
Ces micro-explosions empêchent les particules légères de s'assembler en amas denses. Il en résulte une pression qui lisse les amas à une certaine échelle – environ quelques centaines de milliers d'années-lumière. Dans la distribution de la matière apparaissent des ondes sonores sombres, semblables à des ronds dans l'eau, mais figés dans l'espace. Les « règles » les plus sensibles pour de telles mesures sont les nuages d'hydrogène lointains, éclairés par la lumière des quasars (ce qu'on appelle la forêt Lyman-alpha).
Les auteurs ont calculé l'histoire d'un tel mélange depuis l'Univers primordial jusqu'à nos jours et l'ont confrontée aux données d'observations réelles. Il s'avère que des transformations trop rapides épuiseraient rapidement tout le stock de particules lourdes, et l'effet disparaîtrait. Trop lentes, elles n'auraient pas le temps d'influencer la structure. La région autorisée se referme en anneau : les paramètres doivent se situer dans un couloir étroit pour laisser une trace sans disparaître prématurément. C'est la première fois que la thermodynamique du secteur sombre a pu être sondée non pas par des particules hypothétiques en laboratoire, mais par la répartition des galaxies dans le ciel.
La différence de masse entre les deux particules sombres pourrait être cent mille fois plus petite que la masse de l'électron – c'est comme si deux pommes différaient du poids d'un grain de poussière.