La carte de matière noire la plus détaillée de notre univers est étrangement lisse

Le dôme du télescope Victor M. Blanco au Chili. Reidar Hahn, Laboratoire Fermi

Essayer de décrire la matière noire, c'est comme essayer de décrire un fantôme qui vit dans votre maison. Vous ne pouvez pas le voir du tout, mais ce que vous pouvez voir, c'est tout ce qu'il bouge. Et la seule explication est une force invisible que vous ne pouvez pas observer, mesurer ou interagir directement.

Nous savons que la matière noire existe parce que nous pouvons observer ses effets sur tout ce qui tourbillonne dans l'univers. Les scientifiques estiment qu'environ 27% de l'univers est composé de matière noire (68% est de l'énergie noire et les 5% restants sont de la matière et de l'énergie ordinaires). Les questions qui préoccupent tout le monde : où se trouvent exactement toutes ces choses insaisissables ? Et comment est-il distribué dans l'univers ?

Un projet international de plus de 400 scientifiques appelé Dark Energy Survey travaille à y répondre. Il vient de publier la carte la plus grande et la plus détaillée de la matière noire dans l'univers, avec des découvertes inattendues qui ne correspondent pas encore parfaitement aux idées de la physique qui remontent à Albert Einstein et à sa théorie de la relativité générale.

Le DES est un effort pour imager autant de galaxies que possible en tant que proxy pour cartographier la matière noire, ce qui est possible parce que la gravité de la matière noire joue un rôle important dans la gouvernance de la distribution de ces galaxies. D'août 2013 à janvier 2019, des dizaines et des dizaines de scientifiques se sont réunis pour utiliser le télescope Victor M. Blanco de quatre mètres au Chili pour sonder le ciel dans le proche infrarouge.

Il y a deux clés pour créer la carte. La première consiste simplement à observer l'emplacement et la distribution des galaxies dans l'univers. Cet arrangement indique aux scientifiques où se trouvent les plus grandes concentrations de matière noire.

La seconde est l'observation de la lentille gravitationnelle, un phénomène dans lequel la lumière émise par les galaxies est étirée gravitationnellement par la matière noire lorsqu'elle se déplace dans l'espace. L'effet est similaire à celui de regarder à travers une loupe. Les scientifiques utilisent la lentille gravitationnelle pour déduire la quantité d'espace réel à proximité de la matière noire. Plus la lumière est déformée, plus la matière noire est agglomérée.

Les derniers résultats prennent en compte les trois premières années de données DES, recensant plus de 226 millions de galaxies observées sur 345 nuits. Nous sommes désormais en mesure de cartographier la matière noire sur un quart de l'hémisphère sud, explique Niall Jeffrey, chercheur à l'University College London et à l'École normale supérieure de Paris, l'un des chefs de file du projet DES.

L'étendue de la carte de la matière noire DES du ciel jusqu'à présent, après les dernières découvertes. Les points lumineux représentent les plus fortes concentrations de matière noire, tandis que les zones plus sombres indiquent de faibles densités.

ENQUÊTE SUR L'ÉNERGIE SOMBRE

En général, les données correspondent au soi-disant modèle standard de cosmologie, qui postule que l'univers a été créé lors du Big Bang et que son contenu total en masse-énergie est de 95 % de matière noire et d'énergie noire. Et la nouvelle carte a fourni aux scientifiques un aperçu plus détaillé de certaines vastes structures de matière noire de l'univers qui, autrement, restent invisibles pour nous. Les points les plus brillants sur la carte représentent les plus fortes concentrations de matière noire, et ils forment des amas et des halos autour de vides de très faibles densités.

Mais certains résultats ont été surprenants. Nous avons trouvé des indices que l'univers est plus lisse que prévu, dit Jeffrey. Ces indices sont également observés dans d'autres expériences de lentilles gravitationnelles.

Ce n'est pas ce que prédit la relativité générale, qui suggère que la matière noire devrait être plus agglomérée et moins uniformément répartie. Les auteurs écrivent dans l'un des 30 journaux étant publié que bien que les preuves ne soient en aucun cas définitives, nous commençons peut-être à voir des indices d'une nouvelle physique. Pour les cosmologistes, cela correspondrait à éventuellement changer les lois de la gravité telles que décrites par Einstein, explique Jeffrey.

Bien que les implications soient énormes, la prudence est primordiale, car nous en savons encore si peu sur la matière noire (quelque chose que nous n'avons pas encore observé directement). Par exemple, Jeffrey note que si des galaxies proches se forment dans un alignement étrange en raison d'une astrophysique complexe, nos résultats de lentille seraient induits en erreur.

En d'autres termes, il pourrait très bien y avoir des explications exotiques aux résultats, peut-être en les expliquant d'une manière compatible avec la relativité générale. Ce serait un énorme soulagement pour tout astrophysicien dont le travail de toute une vie est basé sur le fait qu'Einstein est, eh bien, correct. Et n'oublions pas : la relativité générale a remarquablement bien résisté à tous les autres tests qui lui a été lancé au fil des ans.

Les résultats font déjà des vagues, même avec plusieurs autres publications de données DES en attente. Déjà, les astronomes utilisent ces cartes pour étudier les structures de la toile cosmique et mieux comprendre le lien entre les galaxies et la matière noire, explique Jeffrey. Nous n'aurons peut-être pas à attendre trop longtemps pour savoir si les résultats sont vraiment un blip ou si notre compréhension de l'univers a besoin d'une réécriture massive.

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