Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Vienne a récemment utilisé la technologie d’apprentissage automatique pour mener une nouvelle analyse de la mystérieuse lueur gamma qui existe depuis longtemps au centre de la Voie lactée. Les résultats montrent que la matière noire reste une source potentielle importante de ce signal et ne peut être exclue. Des recherches pertinentes ont été réalisées en collaboration entre l'Université de Vienne et le Laboratoire national Lawrence Berkeley aux États-Unis et ont été publiées dans Physical Review Letters.
Cette lueur gamma, appelée « Excès du Centre Galactique » (GCE), est un faible rayonnement sphérique distribué près du centre de la Voie Lactée et s'étendant sur des milliers d'années-lumière. Depuis sa découverte, sa cause fait l’objet de débats sans fin au sein de la communauté astrophysique. Les explications dominantes existantes incluent deux directions principales : l'une est le signal de rayons gamma généré par la matière noire auto-annihilée, et l'autre provient d'un grand groupe d'étoiles à neutrons en rotation rapide telles que les pulsars millisecondes qui n'ont pas été résolues individuellement. Cependant, des années d’observation et d’analyse n’ont jamais pu apporter de réponses concluantes à ces deux scénarios.
La difficulté, ont souligné les chercheurs, est que le centre galactique est l’une des régions les plus complexes, les plus lumineuses et les plus peuplées de tout le ciel gamma. Diverses sources de rayonnement se chevauchent, ce qui rend l’analyse de la nature du signal particulièrement délicate. Dans le passé, les analyses statistiques privilégiaient généralement une explication « source ponctuelle », c'est-à-dire que ces excès de rayonnement proviennent principalement de nombreux objets denses, plus brillants mais ne pouvant être résolus individuellement. Cependant, ces études n’utilisaient généralement que des informations sur la répartition spatiale des photons dans le ciel.
Pour combler cette lacune, la nouvelle équipe de recherche a construit un modèle d'apprentissage automatique et l'a formé avec plus d'un million d'ensembles de données d'observation de rayons gamma simulées, lui permettant d'analyser simultanément la distribution spatiale et les informations sur le spectre énergétique des photons dans le même cadre. C'est la première fois que les informations clés sur l'énergie des photons sont systématiquement intégrées à l'analyse statistique d'apprentissage automatique sur la question de l'excès de rayonnement au centre galactique, ce qui permettra de comparer de manière plus complète différents scénarios tels que la matière noire et les pulsars millisecondes.
Après avoir ajouté des informations sur le spectre énergétique, les résultats de l’analyse ont considérablement changé. Des recherches antérieures pensaient que si la source du signal est un groupe de sources ponctuelles, elles devraient être relativement lumineuses, mais elles sont limitées par la résolution de l'instrument et n'ont pas été identifiées une par une. Les derniers résultats montrent que si ces sources ponctuelles sont effectivement des pulsars millisecondes, elles doivent être beaucoup plus faibles qu'on ne le pensait auparavant, de sorte que leurs caractéristiques statistiques sont presque impossibles à distinguer du rayonnement diffus produit par l'annihilation de la matière noire.
Des estimations spécifiques montrent que pour expliquer complètement l'excès de rayonnement observé avec les pulsars millisecondes, leur nombre devrait s'accumuler jusqu'à au moins environ 35 000 près du centre de la Voie lactée, dépassant de loin l'hypothèse de quelques centaines, voire milliers de sources dans certaines premières études. Ce résultat affaiblit dans une certaine mesure l’affirmation selon laquelle « les groupes de sources ponctuelles traditionnelles peuvent à eux seuls expliquer tous les signaux ».
Les membres de l'équipe affirment que la nouvelle analyse ne prouve pas que la matière noire doit être la véritable cause de la lueur gamma, mais elle affaiblit l'une des principales objections à la proposition sur la matière noire. Dans un cadre d’apprentissage automatique intégrant la distribution d’énergie photonique, il est trop tôt pour exclure complètement la possibilité d’une contribution de l’annihilation de la matière noire. Selon les scientifiques, l'origine de l'excès de rayonnement au centre de la Voie lactée reste l'une des questions ouvertes les plus longtemps débattues en astrophysique contemporaine, et ces travaux montrent que la matière noire est toujours un « suspect » convaincant derrière ce mystère cosmique.