La matière noire est une forme énigmatique de matière qui ne devrait pas émettre de lumière, mais elle est essentielle pour comprendre comment a évolué la riche tapisserie d’étoiles et de galaxies que nous voyons dans le ciel nocturne. En tant qu'élément fondamental de l'univers, une question clé pour les astronomes est de savoir si la matière noire est lisse ou agglomérée, car cela pourrait révéler de quoi elle est constituée. Puisque la matière noire ne peut pas être observée directement, ses propriétés ne peuvent être déterminées qu’en observant l’effet de lentille gravitationnelle, par lequel la lumière d’un objet plus éloigné est déformée et déviée par la gravité de l’objet sombre.
« La recherche d'objets sombres qui ne semblent pas émettre de lumière est clairement un défi », a déclaré Devon Powell de l'Institut Max Planck d'astrophysique et auteur principal de l'étude. « Comme nous ne pouvons pas les voir directement, nous utilisons plutôt des galaxies très lointaines comme rétroéclairage pour rechercher leurs empreintes gravitationnelles. »
La recherche est publiée dans la revue Astronomie naturelle.
L’équipe a utilisé un réseau de télescopes du monde entier, notamment le télescope Green Bank, le Very Long Baseline Array et le réseau interférométrique européen à très longue base. Les données de ce réseau international ont été corrélées au Joint Institute for VLBI ERIC aux Pays-Bas, formant un super-télescope de la taille de la Terre capable de capturer les signaux subtils de la lentille gravitationnelle de l'objet sombre.
Ils ont découvert que l'objet avait une masse un million de fois supérieure à celle de notre soleil et qu'il se trouvait dans une région lointaine de l'espace, à environ 10 milliards d'années-lumière de la Terre, alors que l'univers n'avait que 6,5 milliards d'années.
Il s'agit de l'objet de masse la plus faible trouvé grâce à cette technique, d'un facteur d'environ 100. Pour atteindre ce niveau de sensibilité, l'équipe a dû créer une image haute fidélité du ciel à l'aide de radiotélescopes répartis dans le monde entier.
John McKean de l'Université de Groningue, de l'Université de Pretoria et de l'Observatoire sud-africain de radioastronomie, qui a dirigé la collecte de données et est l'auteur principal d'un article complémentaire, a déclaré : « Dès la première image haute résolution, nous avons immédiatement observé un rétrécissement de l'arc gravitationnel, ce qui est le signe révélateur que nous étions sur quelque chose. Seul un autre petit amas de masse entre nous et la radiogalaxie lointaine pourrait provoquer cela. »
Pour analyser l’ensemble massif de données, l’équipe a dû développer de nouveaux algorithmes de modélisation qui ne pouvaient être exécutés que sur des superordinateurs. « Les données sont si volumineuses et complexes que nous avons dû développer de nouvelles approches numériques pour les modéliser. Cela n'a pas été simple car cela n'avait jamais été fait auparavant », a déclaré Simona Vegetti de l'Institut Max Planck d'astrophysique.
« Nous nous attendons à ce que chaque galaxie, y compris notre propre Voie lactée, soit remplie d'amas de matière noire, mais les trouver et convaincre la communauté de leur existence nécessite beaucoup de calculs », a-t-elle poursuivi. L’équipe a appliqué une technique spéciale appelée imagerie gravitationnelle, qui leur a permis de « voir » l’amas invisible de matière noire en cartographiant son effet de lentille gravitationnelle sur l’arc radiolumineux.
« Compte tenu de la sensibilité de nos données, nous nous attendions à trouver au moins un objet sombre, notre découverte est donc cohérente avec la soi-disant » théorie de la matière noire froide « sur laquelle repose une grande partie de notre compréhension de la formation des galaxies », a déclaré Powell. « Après en avoir trouvé un, la question est maintenant de savoir si nous pouvons en trouver d'autres et si leur nombre sera toujours en accord avec les modèles. »
L’équipe analyse actuellement les données plus en profondeur pour mieux comprendre ce que pourrait être le mystérieux objet sombre, mais elle étudie également d’autres parties du ciel pour voir si elle peut trouver d’autres exemples de ces objets sombres de faible masse en utilisant la même technique. S’ils continuent à trouver des objets aussi mystérieux dans d’autres parties de l’univers, et s’ils s’avèrent réellement complètement dépourvus d’étoiles, alors certaines théories sur la matière noire pourraient être exclues.
