Un type de matière noire composé de particules scalaires qui interagissent faiblement avec la gravité et d'autres forces.La matière noire scalaire est une classe de candidats à la matière noire constituée de particules de spin zéro qui interagissent principalement par gravité et éventuellement par des forces supplémentaires faibles. Contrairement aux WIMPs (particules massives interagissant faiblement), la matière noire scalaire peut être extrêmement légère—avec des masses descendant jusqu'à 10^-22 eV—formant un état cohérent de type ondulatoire connu sous le nom de condensat de Bose-Einstein. Cette forme ultralégère, souvent appelée matière noire floue, supprime la formation de structures à petite échelle et pourrait résoudre les écarts entre les simulations de matière noire froide et les observations des galaxies naines.
L'idée de champs scalaires comme matière noire a émergé dans les années 1990, l'axion—une particule pseudoscalaire—étant l'exemple le plus étudié. Le scénario de matière noire scalaire ultralégère a été popularisé dans les années 2000 par Wayne Hu, Rennan Barkana et Andrei Gruzinov.
Les particules scalaires obéissent à l'équation de Klein-Gordon, et lorsque leur longueur d'onde de de Broglie est comparable aux échelles galactiques, elles se comportent comme un fluide quantique plutôt que comme des particules discrètes. Ce fluide exerce une pression quantique qui empêche l'effondrement en dessous d'une certaine échelle, lissant les pointes de densité au centre des galaxies. Les particules peuvent également former des cœurs solitoniques—des amas stables et oscillants de matière noire—qui imitent les courbes de rotation plates observées dans les galaxies naines.
Les réseaux de chronométrage de pulsars et les interféromètres atomiques sont utilisés pour rechercher les signatures gravitationnelles oscillantes de la matière noire scalaire ultralégère, tandis que la superradiance des trous noirs peut extraire de l'énergie des trous noirs en rotation pour créer des nuages scalaires.
La matière noire scalaire peut former des 'bombes à trous noirs'—si un trou noir en rotation est entouré d'un nuage scalaire, le nuage peut extraire l'énergie de rotation et croître de manière exponentielle, produisant potentiellement des ondes gravitationnelles détectables par LIGO.
| lambda_FS | variable | free streaming length — free streaming length metre |
| m_hm | variable | half-mode mass of dark matter — half mode mass kilogram |
| propto | opérateur | is proportional to — proportionnalité |
| S | variable | Action of the theory — action joule second |
| g | variable | Determinant of the spacetime metric tensor — metric determinant |
| φ | variable | Scalar field non-minimally coupled to gravity — champ scalaire |
| R | variable | Ricci scalar curvature — ricci scalar per metre squared |
| ∂φ | variable | Gradient of the scalar field — field gradient per metre |
| ∫ d⁴x | opérateur | Integration over four-dimensional spacetime — four dimensional integral |
| √(-g) | opérateur | Volume element factor for curved spacetime — sqrt negative metric determinant |
| (∂φ)² | opérateur | Kinetic term of the scalar field, contraction of its gradient with itself — kinetic term |
| r | variable | tensor-to-scalar ratio — dimensionless ratio |
| P_t | variable | power spectrum of tensor perturbations — spectre de puissance |
| P_s | variable | power spectrum of scalar perturbations — spectre de puissance |
| h | variable | scale height — longueur metre |
| T | variable | temperature — température kelvin |
| m | variable | mass of particle — masse kilogram |
| g | variable | gravitational acceleration — accélération gravitationnelle metre per second squared |
| k | constante | relates energy to temperature — constante de Boltzmann = 1.380649e-23 joule per kelvin |
