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Matière noire : une nouvelle preuve dans les amas de galaxies ?

ActualitéClassé sous :Astronomie , matière noire , Hubble

Le télescope Hubble a fourni quelques éléments de plus en faveur de l'existence de la matière noire. Les astronomes ont en effet observé grâce à lui des dizaines de galaxies naines non perturbées dans un amas de galaxies. Elles contiendraient une si grande quantité de matière noire qu'elles seraient protégées des forces de marée.

Examinées plus en détails, les galaxies naines de l'amas de Persée se révèlent très régulières. Crédit : Nasa, Esa, C. Conselice (université de Nottingham), Z. Levay (STScI)

Le LHC ne devrait démarrer qu'à la fin de cette année et il faudra attendre probablement 2012 pour que des particules de matière noire y soient découvertes. Sous réserve bien sûr que celles-ci existent réellement...

En attendant, les physiciens des hautes énergies en sont réduits à étudier la matière noire par son influence sur les galaxies et les amas de galaxies. L'exercice reste difficile car, même si elle semble bien un ingrédient indispensable pour expliquer la naissance des galaxies et la structure à grande échelle des amas de galaxies, la matière noire étant neutre et ne pouvant être constituée de baryons, comme nous l'enseigne la nucléosynthèse, nous ne disposons que de moyens très indirects pour l'observer et la mesurer.

Il n'est pas impossible que les observations dans le domaine des rayons cosmiques, grâce à des expériences comme Pamela, Atic ou même Fermi, nous donnent enfin une preuve convaincante de l'existence de la matière noire avant que le LHC y parvienne. En attendant, ce sont toujours des télescopes en orbite comme Chandra et Hubble qui mènent la danse.

Cliquer pour agrandir. La localisation sur la voûte céleste de l'amas de galaxies de la constellation de Persée. Crédit : Nasa, Esa, A. Fujii (STScI)

Récemment, un groupe de chercheurs a observé à l'aide de Hubble l'amas de galaxies de Persée, situé à 250 millions d'années-lumière. L'astronome Christopher Conselice, de l'université de Nottingham, et ses collègues ont alors eu une surprise.

Cette équipe avait déjà réalisé une première campagne d'observations au sol avec le télescope WIYN du célèbre Kitt Peak National Observatory, près de Tucson, en Arizona. Quelques-unes des galaxies naines déjà connues dans l'amas de Persée montraient quelques signes de comportement anormal mais la résolution atteinte ne permettait pas de conclure. Il avait fallu demander du temps d'observation avec la Advanced Camera for Surveys (ACS), un instrument de troisième génération équipant le télescope Hubble depuis quelque temps.

Cet instrument a révélé 17 nouvelles galaxies naines portant à 29 le nombre de ces petites galaxies elliptiques dans l'amas de Persée. Or, toutes apparaissent très régulières et presque sphériques sans aucun indice de formations d'étoiles récentes.

Cliquer pour agrandir. Un premier zoom sur l'amas de Persée permet d'identifier des galaxies elliptiques naines quasie sphériques. Crédit : Nasa, Esa, D. De Martin (ESA/Hubble), C. Conselice (université de Nottingham)

Pourquoi ces galaxies conservent-elles une forme régulière ?

En première analyse, c'est un résultat surprenant. Non seulement les interactions entre galaxies ne sont pas rares dans un amas, mais le simple potentiel gravitationnel de la distribution de galaxies et de matière dans l'amas devrait produire des forces de marée perturbant et déformant ces galaxies naines. Tout semble donc indiquer que quelque chose les isole depuis longtemps des interactions gravitationnelles dans l'amas... Mais quoi ?

Pour le moment, une seule explication existe. Si l'on admet, comme pour les autres galaxies, l'existence d'un halo de matière noire baignant chacune des galaxies naines, on peut montrer qu'en quantité adéquate, la force de cohésion gravitationnelle de ces galaxies peut être suffisamment forte pour leur permettre de résister aux perturbations de leurs voisines. Ces galaxies naines seraient seulement particulièrement riches en matière noire.

Remarquablement, les naines les moins lumineuses semblent aussi les plus riches en matière noire, ce qui s'accorde bien avec les prédictions du modèle de la matière noire froide.

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