Lumière sur la matière noire

Nouvelle et vaste étude destinée à faire la lumière sur la matière noire

Une importante étude de la distribution de matière noire dans le ciel austral a été réalisée au moyen du télescope de sondage (VST) installé sur le VLT de l'ESO à l'observatoire de Paranal au Chili. Les résultats de cette enquête baptisée VST KiDs viennent de paraître et permettront aux astronomes d'effectuer des mesures précises de la matière noire, de l'énergie noire, de la structure des halos de galaxies, de l'évolution des galaxies ainsi que des amas. Les tous premiers résultats de KiDs établissent un lien de cause à effet entre les caractéristiques des galaxies observées d'une part, la présence de vastes amas de matière noire dans leur environnement proche d'autre part.

Près de 85% de la matière que contient l'Univers est noire [1] et la nature de ses constituants échappe, aujourd'hui encore, aux physiciens des particules. Elle n'émet ni n'absorbe de lumière mais exerce une attraction gravitationnelle sur les étoiles et les galaxies, traduisant ainsi sa présence aux astronomes. Un vaste projet, basé sur l'utilisation des puissants télescopes de sondages de l'ESO, démontre aujourd'hui, comme nul autre auparavant, les relations qui unissent cette mystérieuse matière noire aux galaxies brillantes qu'il nous est donné d'observer directement [2].

Le projet, baptisé Relevé Kilo-Degré (KiDs), repose sur l'utilisation des images acquises par OmegaCAM, l'énorme caméra qui équipe le Télescope de Sondage du VLT. Ce télescope, installé à l'Observatoire de Paranal de l'ESO au Chili est dédié au sondage du ciel nocturne dans le domaine visible – il est complémentaire du télescope de sondage VISTA qui opère dans l'infrarouge. L'un des objectifs principaux du VST est de cartographier la matière noire puis de déduire, de cette distribution spatiale, les propriétés de la mystérieuse énergie noire responsable de l'accélération de l'expansion de notre Univers.

L'effet de lentille gravitationnelle, qui se traduit par la courbure de la lumière au voisinage d'un objet massif, offre le meilleur moyen de détecter la présence de matière noire. Cet effet se produit là où la gravitation est la plus forte, et donc à l'endroit où la matière, y compris la matière noire, réside.

Dans un premier temps, l'équipe de chercheurs internationale KiDs, conduite par Koen Kujiken de l'Observatoire de Leiden aux Pays-Bas [3], a utilisé cette méthode pour analyser les images de plus de deux millions de galaxies situées à quelque 5,5 milliards d'années lumière de la Terre [4]. Elle a étudié la lumière en provenance de ces galaxies, et plus particulièrement la distorsion qu'elle subit lors de son passage à proximité de vastes amas de matière noire.

Les premiers résultats proviennent de l'étude de 7% seulement de la superficie totale du sondage et livrent la distribution de matière noire au sein de groupes de galaxies. La plupart des galaxies vivent en groupes – notre Voie Lactée fait partie du Groupe Local. La détermination de la quantité de matière noire que ces groupent abritent constitue un test clé de la théorie globale de la formation des galaxies au sein de la toile cosmique. L'effet de lentille gravitationnelle qu'ils génèrent suggère qu'ils contiennent environ 30 fois plus de matière noire que de matière ordinaire.

“Fait intéressant, la galaxie la plus brillante occupe presque toujours le centre de l'amas de matière noire”, souligne Massimo Viola (Observatoire de Leiden, Pays-Bas), auteur principal de l'un des premiers articles publiés par le consortium KiDs.

“La théorie de la formation galactique, qui prévoit que les galaxies continuent de se regrouper et s'accumulent au centre du groupe qu'elles constituent, n'avait encore jamais trouvé meilleure confirmation au travers des observations”, ajoute Koen Kuijken.

Ces tous premiers résultats témoignent de l'importance d'exploiter les vastes ensembles de données générés par les télescopes de sondage, et mis à disposition des scientifiques du monde entier au travers des archives de l'ESO.

Le relevé KiDs permettra d'étendre notre connaissance de la matière noire. Etre en mesure de rendre compte de la matière noire et de ses effets constituerait une avancée majeure dans le domaine de la physique.

Notes
[1] Les astronomes ont découvert que le contenu en matière et en énergie de l'Univers s'établissait selon les proportions suivantes: 68% d'énergie noire, 27% de matière noire et 5% de matière ordinaire. La fraction de matière noire représente donc 85% de la matière totale.

[2] Les simulations numériques effectuées au moyen de superordinateurs permettent de retracer l'évolution d'un univers empli de matière noire: au fil du temps, la matière noire se constituera en une vaste structure de toile cosmique ; les galaxies et les étoiles naissent là où le gaz se trouve aspiré dans les plus importantes concentrations de matière noire.

[3] Le consortium KiDs est constitué de scientifiques des Pays-Bas, du Royaume-Uni, d'Allemagne, d'Italie et du Canada.

[4] Ce travail repose sur l'utilisation de la carte 3D des groupes galactiques établie par le projet GAMA (Regroupement de Galaxies et de Masses) et réalisée grâce à des observations effectuées au moyen du Télescope Anglo-Australien.

Plus d'informations
Ce travail de recherche a fait l'objet d'une série d'articles soumis à publication au sein de diverses revues de premier ordre. La liste de ces articles est disponible ici.