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| Cinq fois plus présente que la matière ordinaire, la matière noire ne peut pas être observée directement car elle n’interagit pas avec la lumière mais uniquement par son influence gravitationnelle.© NASA/STScI/J. DePasquale/A. Pagan |
Une équipe internationale de scientifiques a utilisé les données du télescope spatial James Webb (JWST) pour dresser une carte très détaillée, et avec la plus haute résolution possible à ce jour, de la matière noire, dans une partie de l’Univers. Elle montre comment cette matière invisible et mystérieuse s’entremêle avec la matière « ordinaire » qui compose les étoiles, les galaxies et tout ce qui est visible.
Les chercheurs du Jet Propulsion Laboratory de la Nasa, de l’université de Durham, au Royaume-Uni, et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne publient leur étude dans la revue Nature Astronomy. « Notre carte, précisent les auteurs, a une résolution plus de deux fois supérieure à celle des cartes précédentes du télescope spatial Hubble, révélant comment la matière noire et la matière lumineuse coévoluent. »
En effet, la première carte de la matière noire, dans la même région du ciel appelé « le champ COSMOS », avait été réalisée en 2007 à partir des données du télescope spatial Hubble de la Nasa. Grâce à la grande sensibilité du télescope Webb et aux données fournies par ses instruments qui captent la lumière infrarouge et repèrent les galaxies masquées par la poussière cosmique, les astronomes ont produit une mise à jour stupéfiante.
Cette nouvelle carte contient environ dix fois plus de galaxies que celles réalisées par les observatoires terrestres et deux fois plus que celles de Hubble. En scrutant le ciel pendant 255 heures, JWST a permis d’identifier près de 800 000 galaxies, dont un grand nombre inconnues jusque-là. Les chercheurs ont décelé la matière noire en observant comment sa masse courbe l’espace lui-même, ce qui, à son tour, courbe la lumière provenant de galaxies lointaines et se dirigeant vers la Terre.
Une preuve supplémentaire de son existence
Cette carte pourra aider les scientifiques à comprendre la nature de la matière noire, qui assure la cohésion gravitationnelle des galaxies telle une colle qui maintiendrait l’univers soudé. Cette carte, nous explique l’astrophysicienne Sylvie Vauclair qui n’a pas participé à l’étude, « donne des indications très importantes sur le comportement de la matière noire et peut aider dans la recherche de ce qui la constitue. C’est une preuve supplémentaire de son existence, et cela montre qu’elle a dû se former dans les débuts de l’Univers d’une manière semblable à la matière visible ».
Cinq fois plus présente que la matière ordinaire, la matière noire ne peut pas être observée directement car elle n’interagit pas avec la lumière mais uniquement par son influence gravitationnelle. La preuve de cette interaction est qu’elle s’entremêle avec la matière ordinaire, qu’elle traverse comme un fantôme. À l’endroit où l’on voit sur la carte un grand amas de milliers de galaxies, on identifie aussi une quantité équivalente de matière noire. « Comme elle n’interagit que par la gravité, précisent les auteurs de l’étude, l’un des moyens les plus directs de l’analyser est l’effet de lentille gravitationnelle ».
En effet, ajoute Sylvie Vauclair, « la lumière qui vient des galaxies très lointaines dans l’Univers est courbée lorsqu’elle passe au voisinage de galaxies plus proches. Au lieu de voir une image normale de la galaxie lointaine, on voit un ou plusieurs arcs de cercle qui sont son image déformée par le passage des rayons lumineux près de la galaxie proche ». Ainsi les astronomes sont capables de reconstituer les masses de matière, visible et noire, qui ont dévié les rayons lumineux et d’en dresser des cartes.
Les scientifiques travaillent aussi sur une version 3D de la nouvelle carte
Cette étude suggère qu’au commencement de l’Univers, la matière ordinaire et la matière noire étaient probablement réparties de façon clairsemée. La matière noire a commencé à s’agglomérer et ses amas ont attiré la matière ordinaire. Alors des étoiles et des galaxies se sont formées.
Ainsi, tel un architecte invisible, la matière noire a déterminé la distribution des galaxies dans l’Univers. L’un des problèmes de la cosmologie contemporaine est que les grands télescopes spatiaux ont montré que les galaxies se sont formées beaucoup plus tôt que ce qu’on pensait d’après les calculs.
Par conséquent, « si les galaxies se forment par effondrement gravitationnel dans un espace en expansion, analyse Sylvie Vauclair, il faut beaucoup plus que le temps écoulé depuis le Big Bang jusqu’aux premières galaxies observées. Mais s’il y a de la matière en plus, la matière noire, concentrée aux mêmes endroits que les galaxies, cela change la donne… Cela peut s’être fabriqué plus vite. Et cette matière noire, par ses effets gravitationnels, permet de mieux comprendre comment tout cela tient en place ».
La prochaine recherche de l’équipe consistera à cartographier la matière noire, sur une zone 4 400 fois plus grande que la région COSMOS, en utilisant le futur télescope spatial Nancy-Grace-Roman de la Nasa. Les scientifiques travaillent aussi sur une version 3D de la nouvelle carte qui, combinée avec les données d’autres observatoires, permettra de préciser les propriétés de la matière noire et la manière dont elle a pu, ou non, évoluer avec la matière ordinaire au cours de l’histoire cosmique.
Anna Musso
L'Humanité du 16 février 26
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