Gaia est sur la piste de la matière noire. Ici, une vue de la galaxie naine du Sculpteur. © ESO

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Gaia sur la piste de la matière noire

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La galaxie naine du Sculpteur serait bien gorgée de matière noire. Des mesures réalisées à douze ans d'intervalle, par Hubble et Gaia, le confirment. La répartition de cette matière noire serait en accord avec les prédictions des modèles utilisés en cosmologie.

La matière noire reste insaisissable dans les détecteurs du LHC comme dans ceux qui sont enterrés (Xenon ou Lux par exemple). Les astrophysiciens n'ont cependant pas de raisons d'abandonner cette hypothèse parce que sans elle, il n'est pas possible, actuellement en tout cas, d'expliquer la naissance des galaxies et les caractéristiques du rayonnement fossile présentes dans les observations de Planck. Une modification des équations de la théorie de la gravitation respectant les exigences de la théorie de la relativité pourrait peut-être rendre compte de ces observations. Mais personne n'est encore arrivé à faire cela dans le cadre de la théorie Mond, qui semble mieux fonctionner que la théorie de la matière noire à l'échelle des galaxies.

Il est peut-être possible de départager les deux hypothèses en introduisant de nouvelles particules ou en modifiant les lois de la gravitation (faut-il faire les deux ?). Pour ce faire, il faut s'appuyer sur des mesures suffisamment précises des mouvements d'un très grand nombre d'étoiles dans la Voie lactée. C'est précisément ce que fait depuis quelques années le satellite Gaia, de l'ESA. Les premiers résultats commencent à tomber, comme le montre un article récemment déposé sur arXiv par des astronomes du Kapteyn Astronomical Institute, aux Pays-Bas, qui ont également utilisé des observations du télescope Hubble.

Le satellite Gaia est au point de Lagrange L2 du système Terre-Soleil, pour cartographier la Voie lactée comme jamais aucun télescope spatial ne l'a fait. © S. Brunier, ESA

Les mouvements des étoiles de la galaxie naine du Sculpteur

Ces astronomes ont mis à profit le fait que Gaia puisse également donner des renseignements sur les mouvements des étoiles présentes dans une galaxie satellite de la Voie lactée, la galaxie naine du Sculpteur (à ne pas confondre avec la grande galaxie spiralealias NGC 253, également appelée galaxie du Sculpteur, mais aussi galaxie du Dollar d'argent), distante d'environ 300.000 années-lumière. Pour cela, ils ont dû combiner les données de Gaia avec celles de Hubble. Selon l'astronome Davide Massari, qui a dirigé les recherches, lui et ses collègues ont réussi un exploit, car la précision des mesures, atteinte pour la première fois pour des mouvements stellaires annuels dans une autre galaxie, revient à distinguer une tête d'épingle sur la Lune !

Les mouvements déjà étudiés des étoiles dans cette galaxie naine sphéroïdale laissaient penser qu'elle était gorgée de matière noire. Cet objet constitue donc un bon laboratoire pour tenter d'en apprendre plus sur les caractéristiques de cette dernière. Comme avec les autres recherches menées sur la matière noire, à défaut de déterminer ce qu'elle est, il est possible de déterminer ce qu'elle n'est pas.

La répartition de la matière noire dépend en effet des propriétés de celle-ci et, en retour, cette répartition est sondée par les mouvements des étoiles sous l'influence de son champ de gravitation. Il apparaît que les étoiles de la galaxie naine du Sculpteur semblent bel et bien se mouvoir comme s'il y avait un pic de densité de matière noire en son centre. C'est précisément ce que prédisent les modèles de matière noire qui sont souvent considérés en cosmologie pour ce genre d'objet.

Gaia continue de faire des mesures ; les analyses des données déjà obtenues sont en cours. Avec un peu de chance, dans un futur proche, nous en saurons beaucoup plus sur l'existence ou non de la matière noire et sur sa nature.

  • Les mouvements des étoiles dans les galaxies reflètent la distribution et les caractéristiques de la matière noire, un peu comme les mouvements des satellites artificiels autour de la Terre sont sensibles à la topographie de notre Planète et à la répartition des masses à l'intérieur d'elle.
  • En s'aidant des données de Hubble et Gaia, un groupe d'astronomes a étudié les mouvements des étoiles de la galaxie naine du Sculpteur, en orbite autour de la Voie lactée.
  • Ces mouvements sont en accord avec la présence d'un pic de matière dans le halo où se trouve la galaxie, comme les scientifiques s'y attendaient dans le cadre du modèle de la matière noire froide.
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