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Clarté cosmique : la lentille gravitationnelle révèle le tissu fin de la matière noire

Dark Matter Fluctuations Lens System MG J0414+0534

Fluctuations de la matière noire dans le système de lentilles MG J0414+0534. La couleur bleu blanchâtre représente les images à lentille gravitationnelle observées par ALMA. La distribution calculée de la matière noire est représentée en orange ; les régions plus claires indiquent des concentrations plus élevées de matière noire et les régions orange foncé indiquent des concentrations plus faibles. Crédit : ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

Une équipe de chercheurs a utilisé la lentille gravitationnelle du système MG J0414+0534, observée avec ALMApour cartographier la distribution de la matière noire avec des détails sans précédent, confirmant les théories de la matière noire froide et ouvrant la voie à de nouvelles découvertes sur la composante dominante mais insaisissable de l’univers.

De nouvelles recherches ont révélé la répartition de la matière noire avec des détails jamais vus auparavant, jusqu’à une échelle de 30 000 années-lumière. Les fluctuations de distribution observées fournissent de meilleures contraintes sur la nature de la matière noire.

La mystérieuse matière noire représente la majeure partie de la matière de l’Univers. La matière noire est invisible et ne se révèle que par ses effets gravitationnels. La matière noire n’a jamais été isolée en laboratoire, les chercheurs doivent donc s’appuyer sur des « expériences naturelles » pour l’étudier.

La lentille gravitationnelle comme expérience naturelle

Un type d’expérience naturelle est une lentille gravitationnelle. Parfois, par hasard, deux objets situés à des distances différentes dans l’Univers se trouvent le long de la même ligne de visée lorsqu’ils sont vus de la Terre. Lorsque cela se produit, la courbure spatiale provoquée par la matière autour de l’objet au premier plan agit comme une lentille, courbant le trajet de la lumière provenant de l’objet en arrière-plan et créant une image lentille. Cependant, il est difficile d’atteindre la haute résolution pour détecter des amas de matière noire qui sont moins massifs que les galaxies dans les expériences naturelles, de sorte que la nature exacte de la matière noire a été mal limitée.

Système de lentilles gravitationnelles MG J0414+0534

Un diagramme conceptuel du système de lentilles gravitationnelles MG J0414+0534. La matière noire associée à la galaxie lentille est représentée en bleu pâle et blanc. La matière noire dans l’espace intergalactique est représentée en orange. Les lignes pleines montrent les chemins réels des ondes radio qui sont courbées par la gravité. Les lignes pointillées montrent les positions apparentes observées des images lentilles. Crédit : NAOJ, KT Inoue

Une équipe de chercheurs japonais dirigée par le professeur Kaiki Taro Inoue de l’Université de Kindai a utilisé ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pour étudier le système de lentilles gravitationnelles connu sous le nom de MG J0414+0534 en direction de la constellation du Taureau. Dans ce système, l’objet du premier plan ne forme pas une, mais quatre images de l’objet de l’arrière-plan en raison de la force gravitationnelle d’une galaxie massive agissant sur la lumière. Grâce à l’effet de courbure et à leur nouvelle méthode d’analyse des données, l’équipe a pu détecter les fluctuations de la répartition de la matière noire le long de la ligne de visée avec une résolution plus élevée que jamais, jusqu’à une échelle de 30 000 années-lumière.

Dans l’attente de futures découvertes

Les nouvelles contraintes fournies par la distribution observée sont cohérentes avec les modèles de particules de matière noire à déplacement lent ou « froides ».

À l’avenir, l’équipe prévoit de limiter davantage la nature de la matière noire grâce à des observations supplémentaires.

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir .

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