Une enquête cosmique longue d'une décennie et demie a livré un indice inattendu. Le télescope Fermi, qui scrute le ciel en rayons gamma, a détecté une lueur régulière et faible qui enveloppe toute la Voie lactée. Elle ne ressemble ni à la lumière des étoiles ni à celle d'un gaz chaud — plutôt à une brume ténue mais omniprésente. Le point le plus brillant de cette brume ne se trouve pas au centre de la Galaxie, mais légèrement au-dessus et en dessous, à des latitudes galactiques élevées, et son énergie pointe clairement vers la valeur de 20 gigaelectronvolts.

Deux méthodes indépendantes de traitement des données — le moyennage par cellules et une analyse pixel par pixel plus fine — ont donné la même image. La source apparaît comme une sphère géante, comprimée vers le centre de la Galaxie, ce qui écarte d'emblée l'hypothèse d'une origine extragalactique. L'explication naturelle qui s'impose est l'annihilation de particules de matière noire. Lorsque deux de ces particules se rencontrent, elles peuvent se transformer en particules ordinaires, produisant un sursaut de rayons gamma. L'ajustement au modèle le plus simple (annihilation en onde $s$) donne une masse de particule d'environ 0,55 TeV pour le canal $W^+W^-$ et 0,72 TeV pour $b\bar{b}$ — soit des centaines de fois la masse du proton.

Mais cette belle hypothèse a un talon d'Achille. Si les particules de matière noire s'annihilent aussi intensément dans notre Galaxie, alors dans les galaxies naines sphéroïdales, où la matière noire est également abondante, nous devrions observer un signal encore plus brillant. Or il n'y en a pas — les données des mêmes télescopes imposent des contraintes sévères. Il en résulte une tension d'un facteur 4 à 5. Les auteurs de l'étude ne se sont pas arrêtés à ce constat de contradiction et ont examiné des alternatives. Il s'avère que la seule façon de sauver l'hypothèse est de supposer que l'annihilation s'intensifie fortement lorsque les particules entrent en collision à une vitesse particulière, dite « de résonance ». C'est un peu comme une balançoire qui ne se balance que si on la pousse en rythme : dans les systèmes en mouvement rapide (comme les galaxies naines), les particules passent à côté de la résonance, tandis que dans notre halo, plus lent, elles l'atteignent. Ce mécanisme, connu sous le nom d'amplification de Sommerfeld par résonance ou de pic de Breit-Wigner, fournit l'amplification nécessaire d'un facteur 45 par rapport à un simple reliquat thermique.

L'ajustement fin de la résonance aux vitesses précisément de notre halo est une idée audacieuse, mais elle ne contredit aucune des données observationnelles. Si cela s'avère vrai, nous voyons pour la première fois non pas de simples indices indirects, mais un « portrait » concret de la particule de matière noire, qui pourra être vérifié lors de futures expériences.