Grâce aux données recueillies au Chili, la carte la plus détaillée de la matière noire n’a jamais été obtenue. Confirmation de la théorie de la relativité d’Albert Einstein. Quelle est cette mystérieuse composante de l’Univers et pourquoi est-elle si importante ?
La carte de la matière noire dans un quart du ciel. Crédit : Collaboration ACT
Les scientifiques ont créé la carte la plus profonde et la plus détaillée de la matière noire de l’Univers. L’aspect le plus fascinant de la recherche réside dans le fait que sa distribution et son aspect grumeleux sont en accord avec le modèle standard de la cosmologie, basé sur la théorie de la relativité développée par le célèbre physicien allemand naturalisé aux États-Unis Albert Einstein. La matière noire, comme son nom fascinant l’indique, est quelque chose que nous ne pouvons pas voir, car comme l’explique le physicien Pierluigi Belli, contrairement à la matière lumineuse ordinaire, elle « n’émet de rayonnement électromagnétique dans aucune bande de fréquences : ni dans le visible ni dans l’infrarouge ». , ni dans l’ultraviolet, ni dans les radiofréquences, ni dans les micro-ondes ». La seule façon de détecter sa présence est par son interaction gravitationnelle avec la matière visible, comme les amas globulaires, les galaxies, les étoiles et plus encore. « Pour autant que nous sachions, la matière noire n’interagit qu’avec la gravité », ont écrit les auteurs de la nouvelle étude dans un communiqué de presse. Autrement dit, nous ne le voyons pas, mais nous pouvons sentir sa présence.
Pour le détecter et le cartographier en détail, la grande équipe de recherche internationale a analysé comment la matière noire affecte le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes (CMB), une lumière qui imprègne tout l’Univers émise quelques centaines de milliers d’années après le Big Bang, l’événement qui a donné naissance à l’expansion universelle. Pour ce faire, ils ont utilisé le Atacama Cosmology Telescope (ACT) de la National Science Foundation, un télescope doté d’un miroir de 6 mètres situé sur le Cerro Toco, au cœur du désert d’Atacama dans les Andes chiliennes. Sa première lumière n’était qu’en 2007 mais elle a été mise hors service en 2022, elle a donc fonctionné pendant 15 ans au service de la science, permettant des découvertes extraordinaires comme celle qui a émergé de la nouvelle étude (et d’autres sortiront plus tard). Grâce aux données recueillies par l’ACT, les chercheurs ont cartographié la répartition de la matière noire sur un quart du ciel au cours d’environ 13,8 milliards d’années, l’âge de notre Univers.
Le télescope de cosmologie d’Atacama. Crédit : Debra Kellner
Comme précisé, sa structure et l’aspect granuleux de la matière noire sont compatibles avec ce qu’indique la théorie de la relativité d’Albert Einstein. Les scientifiques ont détecté les distorsions de la lumière causées par le passage à travers la matière visible qui imprègne le cosmos, à travers le phénomène de la soi-disant « lentille gravitationnelle ». Le résultat est la carte en tête d’article, où les zones colorées représentent la répartition et la concentration de la matière. Les zones oranges montrent une concentration de masse plus élevée, tandis que les violettes en ont moins.
La technique de lentille gravitationnelle utilisée pour détecter la matière noire. Crédit : Lucy Reading–Ikkanda, Fondation Simons
« Nous avons cartographié la matière noire invisible à travers le ciel jusqu’aux plus grandes distances et nous voyons clairement les caractéristiques de ce monde invisible qui s’étendent sur des centaines de millions d’années-lumière », a déclaré le professeur Blake Sherwin, professeur de cosmologie à l’Université de Cambridge et directeur de la collaboration ACT. « Cela ressemble exactement à ce que prédisent nos théories », a commenté l’expert. « Il fournit des mesures qui montrent que les bosses de l’Univers et la vitesse à laquelle il se dilate après 14 milliards d’années d’évolution sont exactement ce que vous attendez de notre modèle standard de cosmologie basé sur la théorie de la gravité d’Einstein », a fait écho le professeur. Mathew Madhavacheril, co-auteur de l’étude et professeur au Département de physique et d’astronomie de l’Université de Pennsylvanie.
La matière normale observable, qui compose, par exemple, les étoiles, les galaxies, les planètes et tous les animaux et plantes de la Terre, ne représente que 5 % de celle de l’Univers, tandis que la matière noire atteint 27 % (combinée à l’énergie noire représentant environ 90 % du total). Savoir comment la composante sombre est distribuée et comment elle a évolué aide les physiciens théoriciens à mieux comprendre les mystères les plus profonds du cosmos et, finalement, les origines de la Terre et de la vie.
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