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En vidéo : première carte 3D de la matière noire de l'Univers !

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La distribution de la matière noire en 3D à l'échelle des amas de galaxies vient d'être cartographiée par une équipe internationale d'astronomes, un exploit accompli une fois de plus grâce au télescope Hubble !

Cartes en fausses couleurs montrant la densité de matière normale (rouge) et celle de la matière noire (bleu).
Carte de la distribution de matière noire entre 3,5 et 6,5 milliards d'années lumière. Notez l'évolution temporelle.

Rappelons que la matière noire est une forme exotique et invisible de matière invoquée pour expliquer le comportement des galaxies et des amas de galaxies. Près de 5 fois plus abondante que la matière 'normale', elle jouerait aussi un rôle fondamental dans l'apparition des galaxies, la formation et l'évolution des structures à grandes échelles formées de ces dernières.

Une preuve indirecte, extrêmement convaincante de son existence, a d'ailleurs été fournie il y a quelque mois, suite à l'étude d'un amas de galaxies en rayons X par le cousin de Hubble, Chandra.

Selon la théorie de l'évolution des galaxies, la matière noire s'est effondrée gravitationnellement la première, servant de germe à la formation des galaxies qui, à leur tour, se rassemblent au cours du temps pour former des amas localisés dans un réseau de filaments interconnectés. Les zones de matière noire créent, alors, une sorte de puits gravitationnel dans lequel la matière normale tombe par attraction au cours du temps.

On comprend donc qu'avoir une carte en 3D de la matière noire à grande échelle est un moyen essentiel pour tester la théorie. N'oublions pas aussi que regarder loin dans l'Univers, c'est regarder tôt à cause de la vitesse finie de propagation de la lumière. C'est pourquoi cette carte permet de tester l'évolution de la répartition dans le temps de la matière, et pas seulement dans l'espace.

Comment s'y prendre alors puisque, par définition, cette matière ne rayonne pas ?

Les astrophysiciens et les astronomes sont habitués à relever de tels challenges, ils savent qu'ils ont un outil formidable pour percer les secrets de l'Univers à grande échelle : la théorie de la relativité générale d'Einstein !

La masse courbe la trajectoire des rayons lumineux. En utilisant cet effet, on peut remonter à la distribution de matière s'intercalant entre la source de ces rayons et l'observateur. Quand on regarde la forme des galaxies à grande distance, on s'aperçoit que leur image est légèrement déformée à cause de ce phénomène. C'est en utilisant essentiellement cette technique, dite de lentille gravitationnelle faible, pour près d'un demi-million de galaxies à grandes distances, que l'on a pu aboutir au résultat aujourd'hui publié dans «Nature».

Video sur la découverte de Hubble (en anglais)
Credit: ESA/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)

On le doit à une équipe d'astronomes du Caltech, de l'Observatoire de Marseille et d'autres institutions dans le monde. En plus de l'effet de lentille, il a fallu utiliser des données en rayons X.

Les mesures montrent un accord très satisfaisant avec les prédictions de la théorie de la formation des grandes structures, il reste juste à détecter directement cette matière noire en laboratoire !

Ce pourrait être ce qu'on appelle des WIMPS ou des axions. Le candidat le plus probable actuellement, et qui pourrait être détecté au LHC, est une particule issue des théories de supersymétrie, le neutralino.

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