Le centre de la Voie Lactée compte de nombreuses sources astrophysiques où des rayons cosmiques sont accélérés à de très hautes énergies (supérieures à 100 gigaélectronvolts) :
- pulsars,
- vestiges de supernova,
- trou noir supermassif Sagittarius A*.
Cette région héberge à la fois le premier accélérateur de rayons cosmiques au péta-électronvolt (péta : 109) découvert dans notre galaxie et la source la plus brillante d'annihilation de particules de matière noire.
Depuis plusieurs années, la collaboration H.E.S.S. mène un programme d'observation intensif pour balayer la région centrale de la Voie Lactée sur plusieurs milliers d'années-lumière.
Elle utilise les cinq télescopes du réseau en exigeant que deux des cinq télescopes au moins détectent le même événement, afin d'obtenir la meilleure sensibilité possible. Ce balayage inclut 6 ans de prise de données depuis 2014, représentant plus de 500 heures de données de haute qualité d'observation.
Avec ce jeu de données sans précédent, les physiciens ont recherché un signal d'annihilation d'hypothétiques particules de matière noire, de type WIMPs (Weakly interacting massive particles), dans 25 régions d'intérêt, jusqu'à 3° autour du centre galactique. Aucun excès significatif d'événements par rapport au bruit de fond n'a été relevé. Ces résultats sont présentés sous la forme d'une limite supérieure de la section efficace d'annihilation, qui dépend de la manière dont l'annihilation se produit (canal d'annihilation), via la création de paires de quarks, de leptons, de bosons de jauge ou de Higgs.
On observe qu'à partir de 300 GeV les résultats de H.E.S.S., présentés ici, sont les plus contraignants. Dans le canal d'annihilation W+W-, la meilleure limite obtenue vaut 3,7x10-26 cm3/s pour une masse de WIMP de 1,5 téraélectronvolt. Cette limite est juste au-dessus de la valeur de la section efficace d'annihilation de 3x10-26 cm3/s attendue pour des WIMPs produits thermiquement dans l'Univers primordial. L'étau se resserre sur la matière noire au TeV et les résultats des nouvelles campagnes de mesure sont attendus avec impatience.