La courbure de l’espace-temps autour d’une masse colossale a produit la mesure la plus détaillée jamais réalisée de la distribution cosmique de la matière noire.
Aidée par une lentille gravitationnelle, une équipe dirigée par le cosmologue Kaiki Taro Inoue de l’Université Kindai au Japon a cartographié la forme mystérieuse de la matière à la plus petite échelle que nous ayons jamais vue, avec une résolution de seulement 30 000 années-lumière.
Cela peut sembler un chiffre énorme, mais si l’on considère que la Voie lactée a un diamètre d’environ 100 000 années-lumière, c’est encore plus impressionnant. Les chercheurs ont pu cartographier quelque chose que nous ne pouvons même pas voir à une échelle inférieure à un tiers de la taille de notre galaxie, sur plus de 7,5 milliards d’années-lumière. C’est incroyable.
L’analyse était basée sur un alignement aléatoire d’objets cosmiques appelé lentille gravitationnelle. L’espace-temps s’incurve autour de corps massifs d’une manière qui ressemble à la façon dont un trampoline se courbe sous votre corps lorsque vous êtes assis dessus. Si vous faites rouler les billes sur le tapis du trampoline, elles ne se déplaceront pas en ligne droite, mais courbées en suivant la surface arrondie.
Une chose similaire arrive à la lumière voyageant dans l’espace lorsqu’elle rencontre l’espace-temps courbé autour d’un objet massif, tel qu’une galaxie ou un amas de galaxies. Ainsi, s’il y a, par exemple, une galaxie lointaine derrière l’un de ces objets, la lumière de la galaxie la plus éloignée sera déformée et agrandie lorsqu’elle voyage à travers l’espace-temps courbe.
L’une des raisons pour lesquelles cela est formidable est que les scientifiques peuvent étudier ces galaxies lointaines de manière beaucoup plus détaillée qu’ils ne le feraient sans l’objectif. Mais la façon dont la lumière est déformée et étalée peut également révéler la répartition de la gravité dans la lentille de premier plan.
Il s’avère que c’est un excellent moyen de découvrir où se cache la matière noire. Nous ne savons pas ce qu’est la matière noire ; Il n’émet pas de lumière, nous ne pouvons donc pas le détecter directement. Ce que nous savons, c’est qu’il existe une masse invisible dans l’Univers qui crée un excès de gravité. Nous pouvons détecter les effets de cette gravité, puis localiser l’endroit où se cache la masse.
Cela ne nous dira toujours pas ce qu’est la matière noire, mais comprendre où elle se trouve peut nous aider à comprendre comment elle fonctionne. Dans le cas d’une lentille gravitationnelle, une fois que vous soustrayez toute la matière normale (c’est-à-dire les galaxies) de la distribution de masse décodée à partir de la lumière déformée de l’objet d’arrière-plan, ce qui reste est de la matière noire.
C’est ce qu’Inoue et ses collègues ont fait avec une galaxie à lentille gravitationnelle appelée MG J0414+0534, si lointaine que sa lumière a mis environ 11,3 milliards d’années pour nous parvenir. Assis un peu plus près, la galaxie de la lentille au premier plan a déformé et divisé cette lumière en quatre images.
Les emplacements de ces images divisées ne sont pas entièrement expliqués par la lentille des parties visibles dans la galaxie du premier plan. Ensuite, à l’aide du puissant réseau Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array et d’une nouvelle technique d’analyse, les chercheurs ont soustrait les effets des parties visibles de la galaxie lentille de la lumière déformée de MG J0414+0534 pour obtenir une carte plus granulaire de la matière noire de la lentille. .
La carte résultante conforte la théorie selon laquelle il existe de nombreux amas de matière noire au sein des galaxies ainsi que dans les espaces qui les séparent, comme le prédit la théorie de la matière noire froide. Cela confirme pour la première fois que cette théorie reste cohérente à cette plus petite échelle de galaxies.
Selon les chercheurs, cela offre un nouvel outil puissant pour faciliter la recherche sur la matière noire. L’incapacité de déterminer leur distribution à des échelles plus petites que celles des galaxies a entravé les efforts visant à limiter leurs propriétés. Être capable de faire cela aidera les scientifiques à affiner les options quant à l’identité de cette masse mystérieuse et omniprésente.
La recherche a été publiée dans Le journal de l’astrophysique.