Découverte de la première preuve directe de la matière noire
Publié par Michel le 22/08/2006 à 00:00
Source: Chandra X-ray Center
Illustration: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.
Matière noire et matière normale se sont séparées violemment lors d'une énorme collision entre deux grands amas de galaxies. La découverte, effectuée à l'aide de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et d'autres télescopes, fournit une preuve directe de l'existence de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus,...).


L'amas 1E 0657-56 résulte de la collision de deux amas de galaxies.
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"Hormis le Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...), c'est l'événement cosmique le plus énergétique que nous connaissions", a déclaré Maxime Markevitch du centre d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) Harvard-Smithsonian à Cambridge.

Ces observations fournissent la preuve la plus marquante que la plus grande partie de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) est composée de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) noire. Malgré de nombreuses preuves indirectes, certains scientifiques avaient proposé des théories alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) selon lesquelles la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) devait être plus intense aux échelles intergalactiques que les valeurs prédites par Newton et Einstein, ce qui évacuait le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins...) de matière noire. Cependant, de telles théories ne peuvent pas expliquer les effets observés de cette collision.

"Un univers dominé par la substance noire semblait absurde, aussi nous avons voulu vérifier s'il existait des anomalies fondamentales dans notre façon de penser", a indiqué Doug Clowe de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) de Tucson en Arizona, qui a mené l'étude. "Les résultats sont la preuve directe de l'existence de la matière sombre".

Dans les amas de galaxies, la matière normale, c'est-à-dire les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) qui composent les étoiles, les planètes, et toute chose sur 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...), se trouve principalement sous forme de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) chauds et d'étoiles. La 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...) des gaz entre les galaxies est bien plus grande que la masse des étoiles de toutes les galaxies. Dans un amas, cette matière normale est cimentée par la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) d'une masse encore plus grande de matière noire. Sans cette matière noire, qui est invisible et qui ne peut être détectée que par ses effets gravitationnels, les galaxies rapides et les gaz chauds se disloqueraient rapidement.

L'équipe a passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une...) plus de 100 heures (L'heure est une unité de mesure  :) sur le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique...) Chandra (Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la mission STS-93.) pour observer l'amas de galaxie (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 de galaxies, même si la frontière entre groupe et amas n'est pas clairement...) 1E0657-56. Cet amas contient un spectaculaire nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la...) en forme de boule de gaz à quelques cent millions de degrés. L'image en rayon X (Les rayons X sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute fréquence dont la longueur d'onde est comprise approximativement entre 5 picomètres et...) montre que cette forme est causée par un vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est...) produit par la collision à grande vitesse (On distingue :) d'un petit amas avec un autre, plus vaste.

A 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 appropriés. Le plaisir procuré...) de Chandra, se sont ajoutées celles effectuées grâce au télescope Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est...), au VLT de l'ESO et aux télescopes optiques Magellan afin de déterminer l'emplacement des masses dans les amas. Cette localisation a été effectuée en mesurant les phénomènes de lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.), qui se produisent lorsque la gravité des amas déforme la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) des galaxies en arrière-plan comme le prévoit la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un...) générale.

Les gaz chauds dans cette collision ont été ralentis par 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 morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) »...) de résistance, similaire par analogie à la résistance de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de...). En revanche, la matière noire n'a pas été ralentie par le choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.), parce qu'elle n'interagit pas directement avec elle-même ou avec les gaz si ce n'est par les forces de gravitation. Il y a donc eu séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé...) de la matière noire et de la matière normale, ce qui est visible dans les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.). Si les gaz chauds avaient été le composant le plus massif (Le mot massif peut être employé comme :) des amas, comme proposé par les théories alternatives de la gravitation, une telle séparation n'aurait pas été observée.

"Des résultats comme celui-ci devront entrer en ligne de compte dans les futures théories", a déclaré Sean Carroll, cosmologue à l'université de Chicago (Chicago est une mégapole des États-Unis, située dans la partie nord du Middle West, à 1 280 kilomètres à l'ouest de New York et à plus de 3 200 kilomètres au nord-est de Los Angeles. C'est la plus grande...), qui n'était pas impliqué dans l'étude. "Tandis que nous avancerons pour comprendre la nature réelle de la matière noire, ce nouveau résultat sera impossible à ignorer". Ces travaux donnent également une confirmation de plus aux scientifiques que la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent...) newtonienne de la gravitation familière sur Terre et dans le Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour...) peut également s'appliquer aux vastes échelles des amas de 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...). "Nous fermons cette parenthèse au sujet de la gravitation, et nous sommes désormais plus proches que jamais du moment ou nous 'verrons' cette matière invisible", conclut Clowe.

Légende de l'illustration:
L'amas de galaxies 1E 0657-56 résulte de la collision de deux amas de galaxies.
Les 2 blocs roses sont les gaz chauds détectés par Chandra en rayons X et contiennent la majeure partie de la matière normale ou baryonique dans les deux amas. Le bloc en forme de boule du côté droit représente les gaz chauds d'un amas, qui ont traversé les gaz d'un autre amas lors de la collision. Une image optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) de Magellan et de Hubble montre les galaxies en orange et blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre...). Les zones bleues sont les endroits où les astronomes ont trouvé la plus grande partie de la masse dans les amas. Cette concentration de la masse est détectée en utilisant l'effet de lentille gravitationnelle, par lequel la lumière des objets éloignés est déformée par la matière intervenante. La majeure partie de la matière dans les amas (bleues) est clairement séparée de la matière normale (rose), fournissant le preuve directe que pratiquement toute la matière dans les amas est constituée de matière noire.


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