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Nouvelle preuve de la présence de matière noire autour du Soleil

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Il y a quelques mois, l'annonce de la quasi-absence de la matière noire autour du Soleil, en contradiction avec le modèle cosmologique standard, avait fait grand bruit avant d'être réfutée. Un groupe d'astrophysiciens vient d'enfoncer le clou en détectant indirectement de la matière noire autour du Soleil dans la Voie lactée.

Les observations des courbes de vitesses de révolution V(r) des étoiles autour du centre de leur galaxie à une distance r montrent qu'elles tournent trop vite si l'on se base sur la loi de la gravitation de Newton ou sur la masse déduite de la luminosité des galaxies. C'est l'une des preuves de l'existence de la matière noire. © Gianfranco Bertone

Depuis 2006, plusieurs preuves indirectes très convaincantes de l'existence de la matière noire dans l'univers observable ont été obtenues. Mais l'on continue, sans succès pour le moment, à chasser les particules de matière noire en accélérateur au Cern. La probable découverte récente du boson de Higgs dans les détecteurs équipant le LHC pourrait signifier que leur mise en évidence directe est à portée de main. En attendant, c'est toujours l'astrophysique et la cosmologie qui fournissent les indices les plus flagrants de l'existence de cette matière exotique encore inconnue sur Terre.

Toutefois, il se pourrait qu'au niveau des galaxies, comme notre Voie lactée, la matière noire ne soit pas suffisante pour rendre compte des observations. Il semble bel et bien qu'une modification des lois de Newton sous la forme de la théorie Mond soit requise. On cherche cependant à estimer la présence de la matière noire dans le voisinage du Soleil par diverses méthodes, utilisant le mouvement des étoiles comme traceurs.

Ainsi, peu de temps après la découverte du comportement anormal des amas de galaxies (qui peut s'expliquer par la présence de matière noire) dans les années 1930 par l'astronome suisse Fritz Zwicky, l'astronome hollandais Jan Oort avait lui aussi fait une trouvaille similaire mais dans la Voie lactée.

Oort est bien connu pour ses travaux sur la structure de la Galaxie au moyen de la raie à 21 cm de l'hydrogène. Mais ce que l'on sait moins, c'est que cherchant à estimer la densité de matière dans la Voie lactée au voisinage du Soleil, il avait découvert qu'il fallait postuler la présence invisible de deux fois la quantité de matière détectée sous forme d'étoiles et de gaz.

La distribution de matière noire dans une galaxie influence les mouvements des étoiles. En mesurant ces mouvements, on peut en déduire cette distribution. Une nouvelle méthode dans ce but a été testée avec une distribution de matière noire connue dans une simulation de la Voie lactée. L'image ci-dessus est extraite de cette simulation de notre galaxie. © A. Hobbs

Au cours des décennies, d'autres estimations ont été faites mais avec des valeurs fluctuantes et dont la solidité était sujette à caution. On se souvient d'ailleurs qu'en avril 2012, des astronomes de l'ESO avaient bien cru avoir réfuté les observations d'Oort. Cela conduisait même à une remise en question de ce que l'on pensait savoir du halo de matière noire censé entourer la Voie lactée dans le modèle cosmologique de la matière noire froide. Par un complet retournement de situation, deux astrophysiciens de Princeton étaient arrivés à une conclusion opposée, confirmant l'existence de la matière noire, en pointant du doigt une erreur dans l'interprétation des mesures pour des étoiles au-dessus du disque de la Voie lactée

Un disque de matière noire dans la Voie lactée

Une récente publication sur arxiv déposée par des astronomes des universités de Zürich, Leicester et NAOC Beijing, va dans le même sens. Afin de s'assurer de la robustesse de leur nouvelle méthode se basant sur les positions et mouvements de milliers de naines orange de type K, ils l'ont appliquée à une simulation de la Voie lactée.

À leur grande surprise, ils ont découvert que les techniques utilisées jusqu'à présent étaient biaisées et sous-estimaient systématiquement la densité de matière noire autour du Soleil, plus élevée que ce que l'on croyait, avec plusieurs conséquences. Si de futures observations et analyses confirmaient leurs conclusions, elles affirmeraient l'existence d'un disque de matière noire dans la Voie lactée. Il se pourrait également que l'on ne tarde pas à observer directement sur Terre des particules de matière noire avec les détecteurs Xenon et CDMS.

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