La plus grande structure de matière noire jamais observée

Une équipe d'astronomes français et canadiens vient de découvrir l'existence de structures de matière noire mesurant 270 millions d'années-lumière, soit plus de 2 000 fois la taille de notre Galaxie. Il s'agit des plus grandes structures observées à ce jour. C'est en analysant les images produites dans le cadre du grand relevé du ciel CFHTLS, que les chercheurs, pilotés par l'Institut d'Astrophysique de Paris (1), l'Université British Columbia et l'Université de Victoria, ont observé les effets de distorsions gravitationnelles produits par ces structures cosmiques.

Ils ont ainsi découvert comment matière et énergie noires ont participé à la construction et à l'agencement des grandes structures de l'Univers actuel. Publié dans Astronomy & Astrophysics en février 2008, ce résultat offre un éclairage nouveau et sans précédent sur l'histoire de la formation de ces structures et sur les propriétés de cette mystérieuse matière noire, qui est tout de même cinq fois plus abondante dans l'Univers que la matière "ordinaire".


Les astronomes savent depuis quelques temps que l'Univers est rempli d'une énigmatique matière noire. Cette matière invisible forme des structures géantes de filaments, de feuilles et d'amas. La manière précise avec laquelle cette "trame cosmique" est répartie à travers l'Univers a longtemps intrigué les scientifiques.

L'équipe de 19 astronomes (2) a découvert ces structures mesurant jusqu'à 270 millions d'années-lumière, longueur qui n'avait jamais été détectée jusqu'à ce jour, le précédent record avoisinant les 100 millions d'années-lumière ! Les distances observées sont ainsi trois fois plus grandes que ne l'étaient celles des précédentes analyses.

Pour parvenir à détecter ces structures, les scientifiques utilisent une technique relativement nouvelle, dite de "lentille gravitationnelle faible". Petite explication... La lumière des galaxies lointaines est déviée par la matière noire pendant son trajet vers nous à travers l'Univers. De la même manière que la structure osseuse du corps humain est rendue visible sur les radiographies en rayons X, la matière noire laisse son empreinte dans la signature lumineuse des galaxies, révélant sa présence par la gravité qu'elle exerce. Cela se traduit par des effets de distorsions gravitationnelles. Mesurer précisément ces effets, prédits par Einstein, tel fut l'objectif principal du grand relevé du ciel CFHTLS.

L'équipe a passé plusieurs années à développer des outils pour analyser les images obtenues par la plus grande caméra numérique du monde, MegaCam (3), équipant le CFHT (4). Ces résultats représentent une avancée sans précédent: de si grandes échelles et de si petits signaux n'avaient encore jamais été explorés auparavant.

"Nos observations repoussent les limites de notre connaissance de la trame cosmique bien au-delà de ce qui était connu jusqu'alors", explique Liping Fu. "Nous confirmons ainsi la validité de notre modèle de l'Univers, y compris jusqu'à ces très grandes échelles. Les mesures aux grandes échelles, ajoute-elle, présentent l'avantage d'être facilement comparables aux prédictions théoriques". Elles permettent de déterminer la composition de l'Univers, ce qui est fondamental pour comprendre son histoire et son évolution, mais aussi prédire son devenir à long terme.

De plus, "ces résultats montrent que les lentilles gravitationnelles faibles sont une technique fiable et précise pour la cosmologie" souligne Yannick Mellier de l'IAP. La prochaine génération de télescopes et de caméras mesurera les effets de ces lentilles à travers l'ensemble du ciel, sur des milliards de galaxies. Ces relevés contribueront à révéler la nature, pour l'instant mal connue, de la matière noire et apporteront un éclairage précieux sur le mystère encore plus grand que constitue l'énergie sombre.


Note:

(1) IAP, CNRS / Université Paris 6 / Observatoire des sciences de l'univers - INSU.

(2) Cette équipe est formée de Liping Fu (IAP ; Shanghai Normal University), E. Semboloni (IAP ; Argelander-Institut für Astronomie -AifA-, Bonn), H. Hoekstra (Université de Victoria -Uvic-, Canada), M. Kilbinger (IAP ; AIfA, Bonn) L. van Waerbeke (Université Bristish Columbia -UBC-, Canada), I. Tereno (IAP ; AIfA, Bonn), Y. Mellier (IAP), C. Heymans (UBC ; IAP), J. Coupon (IAP), K. Benabed (IAP), J. Benjamin (UBC), E. Bertin (IAP), O. Doré (Canadian Institute for Theoretical Astrophysics ou CITA), M.J. Hudson (Université de Waterloo, Canada), O. Ilbert (Laboratoire d'astrophysique de Marseille, CNRS / Université de Provence / Observatoire astronomique Marseille Provence ; Institute for Astronomy d'Honolulu), R. Maoli (IAP ; Université La Sapienza, Rome), C. Marmo (IAP), H.J. McCracken (IAP) et B. Ménard (CITA).

(3) Ces travaux ont été menés à partir d'observations obtenues grâce MegaPrime. Cet ensemble instrumental, qui comprend notamment la caméra MegaCam, est un projet commun du CFHT et du CEA/DAPNIA, au télescope CFHT. Réalisés dans le cadre du CFHTLS - projet commun du NRC et du CNRS -, cette étude est en partie basée sur des données produites par le Canadian Astronomy Data Center et le centre TERAPIX (centre national de traitement de données financé par l'INSU-CNRS, le programme national de cosmologie et l'IAP).

(4) Le CFHT est une unité de service commune au National Research Council (NRC) du Canada, à l'INSU-CNRS et à l'Université d'Hawaii.