Selon Futura Sciences, une équipe internationale de physiciens pourrait avoir identifié une signature indirecte de la matière noire dans les données des ondes gravitationnelles. Leur étude, publiée le 19 mai 2026 dans la revue Physical Review Letters, suggère que certains signaux enregistrés par les détecteurs Ligo-Virgo-Kagra (LVK) entre 2015 et 2023 contiennent des anomalies compatibles avec la présence d’un halo de particules ultralégères autour de trous noirs en rotation. Autant dire que si cette hypothèse se confirmait, elle marquerait une avancée majeure dans la quête de l’une des énigmes les plus persistantes de l’astrophysique moderne.

Ce qu'il faut retenir

  • Une étude publiée dans Physical Review Letters le 19 mai 2026 propose une méthode pour détecter la matière noire via les ondes gravitationnelles émises par des trous noirs binaires.
  • Les chercheurs ont analysé les données des trois premières campagnes d’observation de LVK, couvrant 28 signaux d’ondes gravitationnelles.
  • Parmi ces signaux, celui baptisé GW190728 (détecté le 28 juillet 2019) présente des caractéristiques suggérant la présence d’un halo de matière noire scalaire autour des trous noirs en fusion.
  • Les particules candidates, comme les axions, pourraient former des structures similaires à des « atomes gravitationnels » autour des trous noirs, modifiant ainsi le spectre des ondes gravitationnelles émises.
  • La signification statistique de ce résultat reste insuffisante pour une détection définitive, mais ouvre une nouvelle voie d’investigation.

Des trous noirs comme laboratoires de la matière noire

Les trous noirs, ces astres compacts dont la relativité générale d’Einstein prédit l’existence, sont depuis longtemps au cœur des recherches en astrophysique. Leur étude a connu un « Âge d’or » entre 1963 — date de la solution de Roy Kerr décrivant un trou noir en rotation — et 1973, avec la découverte par Stephen Hawking de leur évaporation. Ces objets extrêmes courbent l’espace-temps et émettent des ondes gravitationnelles lors de collisions, comme l’a confirmé le réseau LVK, composé des détecteurs américains Ligo, italien Virgo et japonais Kagra.

Selon Futura Sciences, la matière noire, cette composante invisible qui représenterait près de 27 % de la densité d’énergie de l’Univers, pourrait enfin livrer des indices grâce à ces mêmes ondes gravitationnelles. Les particules de matière noire, si elles existent, n’interagissent presque pas avec la matière ordinaire, ce qui les rend indétectables par les méthodes classiques. Pourtant, leur présence pourrait laisser une empreinte subtile dans les signaux émis par les trous noirs.

Un phénomène clé : la superradiance et les « atomes gravitationnels »

Le mécanisme au cœur de cette hypothèse s’appelle la superradiance, un phénomène théorisé dès 1971 par le physicien russe Yakov Zel’dovich et développé par ses collaborateurs Igor Novikov et Alexei Starobinsky. Lorsqu’un trou noir de Kerr (en rotation) est entouré d’un champ de particules ultralégères, comme les axions — des particules scalaires candidates pour expliquer la matière noire — ces particules peuvent extraire une partie de l’énergie du trou noir, amplifiant ainsi le rayonnement environnant.

Les chercheurs, menés par Josu Aurrekoetxea (postdoctorant au MIT), Soumen Roy (Université catholique de Louvain), Rodrigo Vicente (Université d’Amsterdam), Katy Clough (Queen Mary University of London) et Pedro Ferreira (Université d’Oxford), ont modélisé ce scénario. Ils décrivent comment les « atomes gravitationnels » — des enveloppes de particules ultralégères en orbite autour des trous noirs — pourraient altérer le spectre des ondes gravitationnelles émises lors de la fusion de deux trous noirs. « Sans nos modèles, nous aurions classé ces fusions comme s’étant produites dans le vide », explique Aurrekoetxea, cité par Futura Sciences.

GW190728 : un signal prometteur mais non concluant

Parmi les 28 signaux les plus nets enregistrés par LVK lors de ses trois premières campagnes, 27 correspondent à des fusions de trous noirs dans un environnement stérile. En revanche, l’onde gravitationnelle GW190728, détectée le 28 juillet 2019, présente des anomalies compatibles avec la présence d’un halo de matière noire scalaire autour des trous noirs en fusion. Selon les calculs des chercheurs, ces perturbations pourraient être la signature d’un phénomène de superradiance.

Dans un communiqué, Aurrekoetxea précise que « la signification statistique de ce résultat n’est pas assez élevée pour revendiquer une détection de matière noire ». Il ajoute que des vérifications supplémentaires, menées par des équipes indépendantes, seront nécessaires avant toute conclusion définitive. « Ce qui nous semble important, c’est que sans nos modèles, nous aurions pu manquer ces indices », souligne-t-il. Son coauteur, Soumen Roy, insiste sur le potentiel de cette approche : « À mesure que les détecteurs LVK accumulent de nouvelles données, nous pourrions découvrir des preuves indirectes de matière noire autour des trous noirs. C’est une période passionnante pour explorer une nouvelle physique grâce aux ondes gravitationnelles. »

Les axions, particules favorites pour expliquer la matière noire

Les axions, des particules hypothétiques ultra-légères et neutres, sont parmi les candidates les plus sérieuses pour expliquer la matière noire. Proposés dès 1977 pour résoudre un problème de la chromodynamique quantique, ils ont été réinterprétés comme une solution possible à l’énigme cosmologique. Leur masse extrêmement faible — des milliards de fois inférieure à celle de l’électron — les rend virtually indétectables par les moyens conventionnels. Pourtant, leur accumulation autour des trous noirs pourrait, selon cette étude, générer des signaux détectables via les ondes gravitationnelles.

Les physiciens du CEA Paris-Saclay, dirigés par Pierre Brun, travaillent d’ailleurs sur des expériences de détection directe des axions à l’aide de champs magnétiques intenses. Si leur existence était confirmée, cela révolutionnerait notre compréhension de la structure de l’Univers, mais aussi des lois fondamentales de la physique.

Et maintenant ?

Les prochaines campagnes d’observation de LVK, prévues pour s’intensifier d’ici 2027, pourraient fournir des données supplémentaires permettant de confirmer ou d’infirmer cette hypothèse. Les chercheurs soulignent l’importance de développer des modèles encore plus précis pour interpréter les signaux d’ondes gravitationnelles. Si la piste des halos de matière noire autour des trous noirs se révélait fructueuse, cela ouvrirait une nouvelle ère dans l’astronomie gravitationnelle, tout en apportant des contraintes inédites sur les propriétés de la matière noire.

Pour l’heure, GW190728 reste un cas intrigant, mais non concluant. Comme le rappelle Futura Sciences, la chasse à la matière noire, qui mobilise des centaines de scientifiques à travers le monde, pourrait bien prendre un nouveau tournant — grâce à des astres que l’on croyait déjà parfaitement compris : les trous noirs.

Les axions sont des particules ultralégères, neutres et stables, ce qui correspond aux critères attendus pour la matière noire : elles interagissent très faiblement avec la matière ordinaire, n’émettent pas de lumière et pourraient s’accumuler en grands nombres autour des objets massifs comme les trous noirs. Leur existence a été proposée pour résoudre des problèmes théoriques en physique des particules, avant d’être réinterprétée comme une solution potentielle à l’énigme cosmologique de la matière noire.