On aurait retrouvé les protons manquants de l'Univers !

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Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

La matière noire n’est pas la seule composante de la matière à manquer à l’appel lorsque les astrophysiciens pèsent l’Univers. La moitié environ de la matière normale, sous forme baryonique, n’avait jusqu’à présent pas été observée. Le satellite XMM-Newton de l’Esa vient de lever un coin du voile grâce à ses observations d’amas de galaxies.

Depuis des dizaines d’années, les astrophysiciens nucléaires savent que, grâce à la mesure de l’abondance du deutérium dans l’Univers, une partie de la matière composée de baryons ne se trouve pas dans les étoiles ni dans les nuages de gaz composant les galaxies. Les calculs de la nucléosynthèse sont formels : environ la moitié des protons et des neutrons, qui composent les baryons comptant eux-même pour seulement 4% dans la densité de l'Univers observable, doivent se trouver sous une forme ayant jusqu’ici échappé à toute détection.

Les chercheurs ont pensé un moment qu’il pouvait s’agir d’un halo de naines brunes très peu lumineuses entourant les galaxies. Mais des campagnes d’observations utilisant les effets de lentilles gravitationnelles ont montré qu’à elle seule, cette composante cachée de la matière normale était insuffisante. C'est une toute autre hypothèse que confirment des observations en rayons X de deux amas de galaxies.

Image composite obtenue en rayons X et dans le visible des amas de galaxie Abell 222 et Abell 223 (cliquez pour agrandir. ). Les deux amas sont reliés par un filament de gaz chauds émettant des rayons X.
L'image dans le visible a été obtenue par à l’aide du télescope Subaru et celle montrant la répartition du gaz chaud (jaune à rouge) a été obtenue par XMM-Newton.
Crédit : Esa/ XMM-Newton/EPIC/ESO (J. Dietrich)/SRON (N. Werner)/ MPE (A. Finoguenov)

Les immenses filaments entre les amas seraient formés de gaz chaud

Le satellite de l’Esa XMM-Newton vient en effet d’observer attentivement en rayons X deux amas, répertoriés dans le fameux catalogue d’Abell sous les numéros 222 et 223 et situés à 2,3 milliards d’années-lumière de la Voie Lactée. Les astronomes ont eu la surprise de détecter une faible émission de rayons X à basse énergie provenant de toute évidence de ponts de gaz chaud diffus connectant les deux amas. Ces structures seraient donc bien formées de matière baryonique ordinaire.

Depuis dix ans au moins, on soupçonnait que la composante baryonique manquante de l’Univers pouvait se trouver à l’intérieur de filaments de gaz peu dense connectant les amas de galaxies. On sait qu’eux-mêmes se rassemblent à grande échelle pour former une structure filamenteuse laissant entre eux de grands vides, comme on peut le voir sur l'image suivante extraite de la Simulation du millénaire, très fidèle aux observations.

Cliquez pour agrandir. Une simulation des amas de galaxies rassemblés dans des filaments. Crédit : Springel et al., Virgo Consortium

Celles de XMM-Newton viennent conforter cette théorie. Mais pour Norbert Werner du SRON Netherlands Institute for Space Research, le leader de l’équipe ayant effectué cette découverte, tout ceci n’est probablement encore que la partie émergée de l’iceberg. Il faudra multiplier les observations de ce genre pour être sûr que l’on a bien effectivement retrouvé la matière baryonique perdue de l’Univers. Ce ne sera pas facile car dans le cas présent, c’est uniquement parce que l’émission en rayons X est particulièrement intense dans une partie d’un filament connectant plusieurs amas que XMM a pu détecter cette composante faiblement lumineuse. D'ores et déjà, les modèles de formation et d’évolution des grandes structures dans l’Univers devraient bénéficier de cette nouvelle contrainte observationnelle.

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