Nous ne savons toujours pas ce qu’est la matière noire, mais de nouvelles recherches nous ont permis de mieux comprendre où elle se trouve.

Selon des astrophysiciens australiens et espagnols, la lumière des étoiles qui s’attarde entre de massifs amas de galaxies est un très bon signal qu’il y  a de la matière noire dans le coin. En fait, ils estiment que cette méthode est plus précise que toute autre méthode de cartographie de la matière noire mise au point à ce jour et qu’elle pourrait aider les astronomes à comprendre cette source mystérieuse et invisible de gravité.

Selon l’astrophysicienne Mireia Montes de l’université de Nouvelle-Galles-du-Sud en Australie :

Nous avons trouvé un moyen de  » voir  » la matière noire. Nous avons découvert que la très faible lumière des amas de galaxies, la lumière intra-amas, montre comment la matière noire est distribuée.

La matière noire a longtemps déconcerté les astronomes. Nous savons qu’il y a quelque chose qui interagit gravitationnellement avec la matière normale de l’Univers. En fait, ses effets sont si puissants que l’on estime que cette mystérieuse matière constitue jusqu’à 85 % de toute la matière. Mais elle ne peut pas être détectée directement, ce qui signifie qu’elle doit être trouvée en utilisant des moyens indirects.

Dans le cas de cette nouvelle recherche, il s’agit de la lumière faible et diffuse entre 6 amas de galaxies, imaginée par Hubble dans le cadre de l’immense collaboration entre les télescopes Hubble, Chandra et Spitzer du programme Frontier Fields.

Image d’entête : Cette image du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA montre l’amas de galaxies MACS J0416. Il s’agit de l’un des six étudiés par le programme Hubble Frontier Fields, qui, ensemble, ont produit les images les plus profondes de lentilles gravitationnelles jamais réalisées. Les scientifiques ont utilisé la lumière intra-amas (visible en bleu) pour étudier la distribution de la matière noire dans l’amas. (NASA/ ESA/ M. Montes)

Cette lumière est appelée lumière intra-amas et elle est le résultat d’interactions perturbatrices entre les galaxies. Au cours de ces interactions, les étoiles peuvent être arrachées de leur galaxie d’origine et projetées dans l’espace intergalactique. Une fois sur place, elles se retrouvent dans un endroit bien aligné avec le plan gravitationnel de l’amas. C’est également là que se trouve la majeure partie de la masse de l’amas, sous forme de matière noire.

Selon Montes :

La raison pour laquelle la lumière intra-amas est un excellent traceur de matière noire dans un amas de galaxies est que la matière noire et ces étoiles formant la lumière intra-amas flottent librement sur le potentiel gravitationnel de l’amas lui-même, elles suivent donc exactement la même gravité.

Nous avons trouvé une nouvelle façon de voir l’endroit où la matière noire devrait se trouver, parce que vous tracez exactement le même potentiel gravitationnel. Nous pouvons éclairer, avec une très faible lueur, la position de la matière noire.

Le résultat signifie que les astrophysiciens peuvent cartographier avec précision l’endroit où se trouve la matière noire, simplement en utilisant des observations par imagerie en profondeur des amas de galaxies. C’est beaucoup plus simple et efficace que la méthode actuelle, qui utilise une lentille gravitationnelle, la façon dont une masse importante courbe la lumière des objets qui brillent derrière elle. Cela nécessite d’abord la présence d’un objet qui génère la lentille, et quelque chose de suffisamment lumineux derrière, et ensuite une spectroscopie qui prend du temps en plus.

Abell S1063, un amas de galaxies, a été observé par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA dans le cadre du programme Frontier Fields. L’énorme masse de l’amas – qui contient à la fois de la matière baryonique et de la matière noire – agit comme un verre de grossissement cosmique et déforme les objets derrière lui. Dans le passé, les astronomes utilisaient cet effet de lentille gravitationnelle pour calculer la distribution de la matière noire dans les amas de galaxies. Une façon plus précise et plus rapide, cependant, est d’étudier la lumière intra-amas (visible en bleu), qui suit la distribution de la matière noire. (NASA/ ESA/ M. Montes)

L’équipe a comparé leurs résultats avec ceux des cartes précédentes de la matière noire à l’aide d’une lentille gravitationnelle utilisant la distance de Hausdorff modifiée, une mesure utilisée pour faire correspondre les formes. Ils ont constaté que les contours de la lumière à l’intérieur de l’amas correspondaient « admirablement » aux contours des cartes de la matière noire.

Ainsi, les astronomes pourraient, potentiellement, utiliser cette méthode pour étudier un plus grand nombre d’amas de galaxies que la méthode de la lentille gravitationnelle, dans le même laps de temps, ce qui accélérerait le processus de cartographie de la matière noire de l’Univers et permettrait de mieux comprendre comment elle relie tout ensemble.

L’étape suivante consiste à examiner de plus près les 6 amas de l’enquête Frontier Fields pour voir si la méthode tient le coup et pour accroître leurs données. Finalement, ils aimeraient voir s’il peut être utilisé à une plus petite échelle, sur des galaxies uniques.

Selon Montes :

Cette méthode nous permet de caractériser, d’une manière statistique, la nature ultime de la matière noire.

L’étude publiée dans The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : Intracluster light: a luminous tracer for dark matter in clusters of galaxies en PDF sur arXiv et présentée sur le site de l’ESA consacré à Hubble : Faint starlight in Hubble images reveals distribution of dark matter et sur le site de la NASA : Faint Glow Within Galaxy Clusters Illuminates Dark Matter.

…Et le Guru de vous souhaiter un joyeux Noël !