Des scientifiques découvrent la plus ancienne matière noire jamais observée dans l’univers

Le peu que nous savons de la matière noire provient de calculs basés sur la lueur des galaxies environnantes. Cependant, plus nous regardons loin, plus la lumière des étoiles s’estompe, ce qui rend plus difficile de voir l’influence subtile de cette force des plus mystérieuses.

Aujourd’hui, une collaboration entre des astronomes du Japon et des États-Unis a trouvé un moyen différent de faire la lumière sur l’obscurité lointaine, en étudiant la façon dont les masses sombres de matière noire déforment la lueur de fond du cosmos.

Comme des photos tombées d’une voiture en mouvement, toute l’histoire de notre Univers est étalée sur l’immensité de l’espace. Pour voir une succession de moments marquants, tout ce que nous devons faire est de continuer à regarder plus loin sur l’autoroute.

Malheureusement, l’expansion croissante de tout n’a pas été tendre avec ces clichés plus anciens, étirant leurs palettes de lumière stellaire jusqu’à ce qu’ils soient tellement épuisés d’énergie qu’ils nous apparaissent comme un peu plus que des braises incandescentes.

C’est dommage qu’on ne puisse pas les voir tels qu’ils sont. Si ces premières galaxies ressemblent à celles que nous verrons beaucoup plus tard dans la chronologie de l’Univers, leurs structures devraient être influencées par des poches de gravité produites par… eh bien, nous n’en avons pas la moindre idée.

On l’appelle matière noire uniquement parce qu’elle ne rayonne aucune information qui nous dit quelque chose sur sa nature. Il s’agit probablement d’une sorte de masse semblable à une particule avec peu de propriétés, un peu comme un neutrino. Il y a une chance extérieure que ce soit le reflet de quelque chose que nous avons mal compris à propos de la formation de l’espace et du temps.

En bref, nous n’avons toujours pas de théorie concrète sur la place de ce phénomène dans la physique existante. Donc, obtenir une mesure précise de ce à quoi ressemblaient ces halos de matière noire super anciens nous dirait au moins s’ils ont changé au fil du temps.

Nous ne pouvons pas estimer leur masse totale – à la fois invisible et rougeoyante – en mesurant leur pâle lumière. Mais il est possible d’utiliser la façon dont leur masse collective déforme la lumière des étoiles traversant leur espace environnant.

Cette technique de lentille fonctionne assez bien pour de grands groupes de galaxies vues il y a 8 à 10 milliards d’années. Cependant, plus nous voulons voir en arrière, moins il y a de rayonnement stellaire en arrière-plan pour analyser les distorsions.

Selon l’astrophysicien de l’Université de Nagoya Hironao Miyatake et ses collègues, il existe une autre source de lumière que nous pourrions utiliser, appelée le fond diffus cosmologique (CMB).

Considérez le CMB comme la première photo du cosmos nouveau-né. L’écho de la lumière émis lorsque l’Univers avait environ 300 000 ans, il imprègne désormais l’espace sous la forme d’un faible rayonnement.

Les scientifiques utilisent des motifs subtils dans ce bourdonnement de fond pour tester toutes sortes d’hypothèses sur les premières phases critiques de l’évolution de l’Univers. L’utiliser pour estimer la masse moyenne des galaxies lointaines et la distribution des halos de matière noire qui les entourent était cependant une première.

“C’était une idée folle. Personne ne s’était rendu compte que nous pouvions faire ça”, déclare Masami Ouchi, astrophysicien de l’Université de Tokyo.

“Mais après avoir donné une conférence sur un grand échantillon de galaxie lointaine, Hironao est venu me voir et m’a dit qu’il serait peut-être possible d’observer la matière noire autour de ces galaxies avec le CMB.”

Hironao et ses collègues se sont concentrés sur un ensemble spécial d’objets lointains formant des étoiles appelés galaxies Lyman-break.

À l’aide d’un échantillon composé de près de 1,5 million de ces objets collectés dans le cadre de l’enquête du programme stratégique Hyper Suprime-Cam Subaru, ils ont analysé les modèles de rayonnement micro-ondes vus par le satellite Planck de l’Agence spatiale européenne.

Les résultats ont fourni aux chercheurs une masse de halo typique pour les galaxies il y a près de 12 milliards d’années, une époque assez différente de celle que nous voyons plus près de chez nous aujourd’hui.

Selon la théorie cosmologique standard, la formation de ces premières galaxies était largement déterminée par les fluctuations de l’espace exagérant l’agglutination de la matière. Fait intéressant, ces nouvelles découvertes sur les premières masses galactiques reflètent une agrégation de matière inférieure à ce que prédisent les modèles préférés actuels.

“Notre découverte est encore incertaine”, dit Miyatake. “Mais si c’est vrai, cela suggérerait que l’ensemble du modèle est défectueux à mesure que vous remontez plus loin dans le temps.”

Revisiter les modèles existants sur la façon dont les éléments fraîchement cuits se sont réunis pour former les premières galaxies pourrait révéler des lacunes qui pourraient également expliquer les origines de la matière noire.

Aussi fanées que soient les photos de bébé de l’Univers, il est clair qu’elles ont encore toute une histoire à raconter sur la façon dont nous sommes devenus.

Cette recherche a été publiée dans Lettres d’examen physique.

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