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Découverte d'un gigantesque anneau de matière noire !

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Le mardi 15 mai à 19H, la NASA a révélé les résultats d'une étude menée à l'aide du télescope Hubble. A nouveau, une preuve solide de l'existence de la matière noire semble avoir été fournie. Un gigantesque anneau de matière noire, entourant à grande distance deux amas de galaxies entrés en collision il y a plusieurs milliards d'années, a été détecté en utilisant comme toujours des effets de lentille gravitationnelle.

L'anneau de matière noire de l'amas de galaxies CL 0024+17. Il s'agit d'une carte de la matière noire réalisée à partir de la distorsion des rayons lumineux provenant des galaxies à l'arrière plan et surimposée à l'image prise initialement par Hubble (Crédit: NASA, ESA, M.J. Jee and H. Ford).

Rappelons rapidement que la matière noire est censée être le surplus de masse, invisible, générant l'attraction gravitationnelle supplémentaire nécessaire pour expliquer la stabilité des amas de galaxies et les vitesses de rotation, anormalement élevées, des étoiles orbitant autour du centre des galaxies. Cette matière ne peut pas être de la matière semblable à celle qui nous entoure et elle n'émet pas de lumière.

On a bien sûr proposé non pas d'introduire d'hypothétiques particules encore jamais détectées en accélérateur mais tout simplement de modifier la loi de la gravitation de Newton à l'échelle des galaxies. La théorie appelée MOND traitant de cette modification semble maintenant presque exclue comme seule explication de ces phénomènes observés en raison des mesures de WMAP et, surtout, des observations de l’amas d’Abell. Là encore, cet anneau de matière noire semble très difficilement réconciliable avec MOND.

Situé à plus de 5 milliards d'années-lumière de la Terre, sa taille est impressionnante avec un diamètre de 2,6 millions d'années-lumière et il est largement séparé des galaxies et des nuages de gaz situés dans l'amas CL 0024+17. D'après les simulations informatiques, il résulterait naturellement d'une collision violente, il y a plusieurs milliards d'années, entre deux amas de galaxies. Sous le choc titanesque, l'anneau se serait formé selon un processus rappelant un caillou tombant dans une mare.

Un phénomène similaire peut être observé avec la galaxie de "la Roue du chariot". Sous l'effet de l'impact d'une petite galaxie naine l'ayant traversé, le gaz d'étoile piégé dans le potentiel gravitationnel de la galaxie s'est comporté comme un fluide agité donnant lieu à une onde cylindrique suite à la chute d'un caillou comme indiqué précédemment.

Image de la galaxie de la "Roue du chariot". Située à 500 millions d'années-lumière dans la galaxie du sculpteur elle résulte de la collision d'une galaxie naine avec une grande galaxie. Le diamètre de l'anneau est de 150 000 années-lumière, c'est plus grand que la taille de notre Galaxie (Crédit: NASA, ESA, and K. Borne (STScI) ).

Dans le cas de l'amas CL 0024+17, la structure en anneau semble bel et bien inexplicable avec MOND, d'une part parce qu'il est bien trop loin  de la distribution centrale de matière normale, d'autre part en raison de sa forme même. Celle-ci est inférée et observée par la déviation des rayons lumineux provenant des autres galaxies sous l'effet du champ de gravitation d'une distribution de matière. Il se produit alors de légères déformations des images des galaxies à l'arrière plan, c'est un effet de lentille gravitationnelle faible et il est d'autant plus important que la masse s'intercalant entre un astre et nous est grande. Quel que que soit le type de loi de la gravitation responsable de cet effet de lentille gravitationnelle, il devrait être clairement associé à la localisation de la matière des galaxies et du gaz de l'amas, ce qui n'est pas le cas.

Une simulation vidéo montrant les étapes de la collision a été réalisé. La collision frontale ayant donné lieu à la structure observée par Hubble y est reconstituée selon le point de vue d'un observateur latéral.

( Crédit: NASA, ESA, M.J. Jee (Johns Hopkins University), and A. Feild (STScI) ).

James Jee, un des membre de l'équipe d'astrophysiciens à l'origine de la découverte, raconte qu'il était initialement très embêté par cette curieuse forme en anneau, résultant du traitement des images de CL 0024+17 prises avec Hubble. Il pensait à une erreur dans la méthode d'analyse des données mais, après plusieurs tentatives pour éliminer ce supposé effet parasite, il a dû se rendre à l'évidence au bout d'un an de travail !

D'après des études spectroscopiques réalisées sur l'amas par Oliver Czoske  de l'Argelander-Institute for Astronomy de l'University of Bonn, CL 0024+17 se trouvait être en réalité composé de deux sous-groupes distincts de galaxies. Il y a un à deux milliards d'années, il y avait donc dû se produire une collision de ces deux groupes créant ainsi l'amas actuel. De par sa disposition, la collision s'est produite le long de la ligne d'observation nous séparant de l'amas d'où le seul anneau observé.

En observant plus finement avec Hubble cette étonnante structure, des renseignements sur la nature des particules composant la mystérieuse matière noire devraient pouvoir être déduits.