Un nouveau lien entre distributions de matière visible et de matière noire dans les galaxies

Publié par Michel le 03/10/2009 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Illustration: © Juan Conejero, Jim Misti et Steve Mazlin
Un dialogue mystérieux semble se tenir entre les composantes connue et inconnue de la matière galactique, un dialogue qui pourrait révolutionner notre compréhension des interactions entre la matière noire et la matière ordinaire. Une étude réalisée par un groupe d'astronomes européens, parmi lesquels 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 métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et impliquent d'importantes...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) appartenant à l'Observatoire Astronomique (Un observatoire astronomique est un lieu destiné à l'observation astronomique. Les laboratoires modernes sont largement dotés d'instruments scientifiques; d'abord...) de Strasbourg (INSU-CNRS, 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 moment où les...) de Strasbourg), a démontré l'existence d'une surprenante relation universelle entre matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais dark matter, désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d’effets inattendus,...) et matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état...) ordinaire, une relation qui semble ne pas dépendre de l'histoire (Les Histoires ou l'Enquête (en grec ancien Ἱστορίαι / Historíai) sont la seule œuvre connue de...) de formation des galaxies. Ce résultat est publié dans la revue Nature du 1/10/2009.


NGC5055: la galaxie du Tournesol, située à 37 millions d'années-lumière de 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...),
dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes...) des Chiens de Chasse, est l'une des nombreuses galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir...)
que l'équipe d'astronomes a étudiée.

Afin d'expliquer le mouvement des étoiles et du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas...) au sein des galaxies, les astronomes supposent que chacune d'entre elles est entourée par un halo de matière invisible appelée "matière noire", dont la nature nous reste 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 à minuit...) totalement inconnue. A priori, la seule 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....) qui lierait substantiellement cette mystérieuse matière noire à la matière visible serait la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). La nouvelle découverte d'un groupe d'astronomes européens, publiée dans la dernière édition de la revue Nature, signifie que les interactions entre la matière noire et la matière ordinaire pourraient être beaucoup plus complexes que ce que l'on pensait jusqu'alors, ou même peut-être que les vitesses élevées des étoiles dans les galaxies pourraient être dues à une modification de la gravitation aux échelles cosmiques plutôt qu'à l'existence de matière invisible.

Le problème astronomique de la matière noire, ou de 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...) manquante, est à première vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) assez simple: sous l'effet de la gravitation, les étoiles et le gaz se sont assemblés dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) en milliards de structures similaires à notre Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent le Système solaire (dont la...), appelées les galaxies. Etoiles et gaz sont liés gravitationnellement dans ces galaxies qui tournent sur elle-même. Si l'on mesure cette masse visible de gaz et d'étoiles, la force centrifuge due à la rotation des galaxies est telle que les étoiles s'échapperaient des galaxies. Il faudrait plus de force pour les y retenir (force centripète), donc plus de matière que ce qu'on observe: beaucoup plus de matière, à un point (Graphie) tel que près de quatre-vingt dix pourcents de la matière qui nous entoure serait de nature inconnue, une matière toujours non-observée à ce jour, si ce n'est par ses effets gravitationnels.

Mais lorsque l'on y regarde de plus près, le problème se complique: en effet, les distributions de matière noire et de matière visible ne sont pas indépendantes l'une de l'autre. Il semblerait que la matière noire "sache" comment la matière visible est distribuée dans les galaxies. Une nouvelle preuve de cette apparente conspiration entre les distributions de matière noire et de matière visible vient d'être apportée par une équipe d'astronomes parmi lesquels Benoit Famaey, Chargé 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...) CNRS à l'Observatoire Astronomique de Strasbourg (INSU-CNRS). "Nous avons découvert une étroite corrélation entre la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour...) de matière visible et la taille du halo de matière noire. Ces deux quantités sont liées de manière à ce que la force gravitationnelle engendrée par la matière visible soit toujours la même au rayon caractéristique du halo de matière noire ", explique Benoit Famaey. Ceci est extrêmement surprenant car il s'applique à des galaxies ayant des morphologies et des histoires différentes. La répartition des matières noire et visible ne dépend pas de l'histoire individuelle de chaque galaxie. Ce résultat pourrait donc révolutionner notre compréhension des interactions entre matière noire et matière visible, qui pourraient s'avérer plus complexes que prévu. A moins que ce ne soit la loi de la gravitation telle que formulée par Newton puis Einstein qui doive être révisée de manière à engendrer une plus grande force à l'échelle galactique, comme proposé par Mordehai Milgrom, de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un...) Weizmann (Israël). "Dans ce cas, il serait logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison,...) que la force supplémentaire qu'on attribue généralement à la matière noire soit intimement liée à la distribution de matière visible, puisque la matière visible en serait alors l'unique source", conclut Benoit Famaey.
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