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Que représente
cette image ?
Posté par Isabelle le Jeudi 16/04/2015 à 00:00
Et si la matière noire n'était pas si noire ?
Premiers signes de l'existence d'interactions au sein de la matière noire ?

Pour la toute première fois, une interaction autre que gravitationnelle a pu être observée au sein de la matière noire. Le suivi d'une collision galactique au moyen du Très Grand Télescope de l'ESO et du Télescope Spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres...) du consortium NASA/ESA a effectivement permis de collecter les toutes premières informations concernant la nature de cette mystérieuse composante de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). En combinant les données de l'instrument MUSE qui équipe le VLT de l'ESO au Chili aux images acquises par le télescope spatial Hubble, une équipe d'astronomes dont fait partie un chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le...) du Laboratoire d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la...) de Marseille (CNRS/Université d'Aix-Marseille) et du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) en astrophysique de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste français.) Lyon 1), a pu étudier la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) simultanée de quatre galaxies au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) de l'amas Abell 3827. Elle a notamment été en mesure de localiser la matière contenue au sein de ce système et de comparer la distribution de matière noire aux positions occupées par les galaxies lumineuses.

Étant dotée d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la...), la matière noire dévie la lumière en provenance des galaxies d'arrière-plan. Cet effet de lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.) a permis à l'équipe de déterminer sa position, en dépit de son invisibilité. Par chance, la collision s'est produite juste devant une cinquième galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) d'arrière-plan, dont la lumière a dû traverser le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de la collision avant d'atteindre la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes telluriques,...). La masse de l'amas a sérieusement déformé l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et...), et donc dévié le trajet de la lumière en provenance de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) lointaine.

Dans l'état actuel de nos connaissances, il apparaît que toutes les galaxies résident au sein de vastes réservoirs de matière noire. La masse de la matière noire, et donc la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) qu'elle engendre, permet à des galaxies telle que la Voie Lactée de conserver leur cohésion, en dépit de leur rotation. A cette fin, 85% de la masse totale de l'Univers doit être constituée de matière noire. À ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport...), sa vraie nature demeure toutefois mystérieuse.

C'est en observant la collision entre quatre galaxies que les chercheurs ont découvert l'éloignement progressif d'un réservoir de matière noire par rapport à la galaxie qu'il entoure. La matière noire se situe en effet à quelque 5 000 années-lumière derrière cette galaxie, ce qui représente 50 000 millions de millions de kilomètres. A titre indicatif, rien moins que 90 millions d'années seraient nécessaires à la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est...) Voyager de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son...) pour s'éloigner d'autant de la Voie Lactée.


Cette image acquise par le Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA montre le riche amas galactique Abell 3827. Les étranges structures de couleur bleue qui entourent les galaxies centrales constituent des vues magnifiées, par effet de lentille gravitationnelle, d'une galaxie plus lointaine située derrière l'amas. Illustration: ESO

Les théories envisagent un possible éloignement de la matière noire et de la galaxie associée. Pour ce faire, il est nécessaire que la matière noire interagisse avec elle-même, même faiblement, au travers de forces distinctes de la gravitation. Jusqu'à présent, personne n'avait encore observé l'existence d'interactions autres que gravitationnelles au sein de la matière noire.

Richard Massey de l'Université de Durham, auteur principal de cette étude, avance une première explication: «Nous percevons communément la matière noire comme un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a...) immobile, voire inerte (Inerte est l'état de faire peu ou rien.), qui se contente d'exercer une attraction gravitationnelle sur son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) proche. Mais le fait qu'elle ait été ralentie durant cette collision pourrait bien constituer la toute première preuve de l'existence d'une physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de...) propre à ce côté obscur - l'Univers caché qui nous entoure.»

Les chercheurs soulignent la nécessité de rechercher d'autres causes possibles de ce décalage spatial. De semblables observations d'un plus grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de galaxies, ainsi que des simulations numériques de collisions galactiques, sont ainsi requises.

Liliya Williams de l'Université du Minnesota, membre de l'équipe, ajoute: «La façon dont la matière noire interagit gravitationnellement, contribuant à sculpter l'Univers, atteste de son existence. Toutefois, sa véritable nature nous échappe encore. Nos observations suggèrent la possibilité que la matière noire interagisse par le biais d'autres forces que la gravitation. Elles permettent donc d'exclure certaines hypothèses clés concernant sa vraie nature.»

Cette conclusion s'inscrit dans la continuité des résultats d'une étude récente menée par cette même équipe. Au vu de cette étude, qui consistait en l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) de 72 collisions entre amas galactiques, il est apparu que la matière noire interagissait très peu avec elle-même. Toutefois, le présent travail s'intéresse au mouvement des galaxies individuelles, non à celui des amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle plutôt de groupe...). Aux dires des chercheurs, il est fort possible que les collisions entre ces galaxies aient duré plus longtemps que les collisions ayant fait l'objet d'une observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) dans le cadre de la précédente étude - permettant ainsi aux effets d'une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu...) de frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) - même de faible amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) - de s'accumuler au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et d'engendrer un décalage mesurable.


La distribution de la matière noire dans le cluster est représentée par des lignes de contour bleu. Cette image du télescope spatial Hubble NASA / ESA montre les riches amas de galaxies Abell 3827. Illustration: ESO

Considérés simultanément, les résultats issus de ces deux études permettent, pour la toute première fois, «d'encadrer» le comportement de la matière noire. La matière noire interagit davantage que prévu, mais moins qu'attendu. Massey d'ajouter: «Nous sommes enfin en mesure de délimiter les propriétés de la matière noire - notre connaissance naviguant dans l'une et l'autre directions.»

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Source: ESO - CNRS-INSU