in

L’épine dorsale cachée de l’univers : ALMA dévoile l’empreinte digitale à petite échelle de la matière noire

Dark Matter Cosmology Art Concept

Les chercheurs ont utilisé ALMA pour détecter la répartition de la matière noire à des échelles plus petites que celles des galaxies massives. Cette observation historique des fluctuations de la matière noire à l’échelle de 30 000 années-lumière conforte le modèle de la matière noire froide et offre des informations importantes sur la structure de l’Univers.

Des observations révolutionnaires révèlent des fluctuations de la matière noire en dessous de l’échelle des galaxies, confirmant les théories sur la matière noire froide et fournissant de nouvelles informations sur la composition de l’Univers.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Kaiki Taro Inoue de l’Université Kindai (Osaka, Japon) a découvert des fluctuations dans la répartition de la matière noire dans l’Univers à des échelles plus petites que les galaxies massives en utilisant l’interféromètre radio le plus puissant au monde, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), situé en République du Chili.

C’est la première fois que les fluctuations spatiales de la matière noire dans l’Univers lointain sont détectées à une échelle de 30 000 années-lumière. Ce résultat montre que la matière noire froide(1) est favorisée même à des échelles plus petites que les galaxies massives et constitue une étape importante vers la compréhension de la véritable nature de la matière noire. L’article sera publié dans Le Journal d’astrophysique.

Système de lentilles de fluctuation de la matière noire MG J0414+0534

Figure 1. Fluctuations détectées de la matière noire. La couleur orange plus brillante indique des régions à forte densité de matière noire et la couleur orange plus foncée indique des régions à faible densité de matière noire. Les couleurs blanche et bleue représentent les objets à lentille gravitationnelle observés par ALMA. Crédit : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

Points clés

  • Observation par l’un des plus grands interféromètres à ondes radio au monde, ALMA, qui est un projet international.
  • La première détection de fluctuations de la matière noire dans l’Univers à des échelles inférieures à 30 000 années-lumière.
  • Une étape importante vers l’élucidation de la véritable nature de la matière noire.

ALMA détecte des fluctuations à petite échelle dans la distribution de la matière noire

La matière noire, la matière invisible qui constitue une grande partie de la masse de l’Univers, aurait joué un rôle important dans la formation de structures telles que les étoiles et les galaxies.(2) Étant donné que la matière noire n’est pas uniformément répartie dans l’espace mais qu’elle est distribuée en amas, sa gravité peut légèrement modifier le trajet de la lumière (y compris les ondes radio) provenant de sources lumineuses distantes. Les observations de cet effet (lentille gravitationnelle) ont montré que la matière noire est associée à des galaxies et à des amas de galaxies relativement massifs, mais on ne sait pas comment elle est distribuée à des échelles plus petites.

L’équipe de recherche a décidé d’utiliser ALMA pour observer un objet situé à une distance de 11 milliards d’années-lumière de la Terre. L’objet est un quasar lentille,(3) MGJ0414+0534(4) (ci-après dénommé « ce quasar »).

Ce quasar semble avoir une image quadruple en raison de l’effet de lentille gravitationnelle de la galaxie du premier plan. Cependant, les positions et les formes de ces images apparentes s’écartent de celles calculées uniquement à partir de l’effet de lentille gravitationnelle de la galaxie du premier plan, ce qui indique que l’effet de lentille gravitationnelle de la distribution de la matière noire à des échelles plus petites que les galaxies massives est à l’œuvre.

Système de lentilles gravitationnelles MG J0414+0534

Figure 2 : Un diagramme conceptuel du système de lentilles gravitationnelles MG J0414+0534. L’objet au centre de l’image indique la galaxie lentille. La couleur orange montre la matière noire dans l’espace intergalactique et la couleur jaune pâle indique la matière noire dans la galaxie lentille. Crédit : NAOJ, KT Inoue

Il a été constaté qu’il existe des fluctuations spatiales dans la densité de la matière noire, même à l’échelle d’environ 30 000 années-lumière, ce qui est bien en dessous de l’échelle cosmologique (plusieurs dizaines de milliards d’années-lumière). Ce résultat est cohérent avec la prédiction théorique de la matière noire froide, qui prédit que les amas de matière noire résident non seulement dans les galaxies (couleur jaune pâle sur la figure 2), mais également dans l’espace intergalactique (orange sur la figure 2).

Les effets de lentille gravitationnelle dus aux amas de matière noire découverts dans cette étude sont si faibles qu’il est extrêmement difficile de les détecter seuls. Cependant, grâce à l’effet de lentille gravitationnelle provoqué par la galaxie du premier plan et à la haute résolution d’ALMA, nous avons pu détecter ces effets pour la première fois. Cette recherche constitue donc une étape importante pour vérifier la théorie de la matière noire et élucider sa véritable nature.

Cette recherche a été présentée dans un article « Mesure ALMA de spectres de puissance de lentille à l’échelle 10 kpc vers le Lensed Quasar MG J0414+0534 » par KT Inoue et al. dans le Journal d’astrophysique.

Remarques

  1. Matière noire froide
    À mesure que l’Univers s’étend, la densité de la matière diminue, et ainsi les particules de matière noire (matière invisible à la lumière) ne rencontreront plus d’autres particules et auront un mouvement indépendant différent du mouvement de la matière ordinaire. Dans ce cas, les particules de matière noire qui se déplacent à une vitesse bien inférieure à la vitesse de la lumière par rapport à la matière ordinaire sont appelées matière noire froide. En raison de sa faible vitesse, il n’a pas la capacité d’effacer les structures à grande échelle de l’Univers.
  2. La formation de la structure dans l’Univers
    Dans l’Univers primitif, on pense que les étoiles et les galaxies ont été formées par la croissance gravitationnelle des fluctuations de densité de la matière noire et par l’agrégation de l’hydrogène et de l’hélium attirés par des amas de matière noire. La répartition de la matière noire à des échelles plus petites que celle des galaxies massives est encore inconnue.
  3. Quasar
    Un quasar est la région centrale compacte d’une galaxie qui émet une lumière extrêmement brillante. La région compacte et ses environs contiennent une grande quantité de poussière qui émet des ondes radio.
  4. MGJ0414+0534
    MG J0414+0534 est situé en direction de la constellation du Taureau vue de la Terre. Le redshift (l’augmentation de la longueur d’onde de la lumière divisée par la longueur d’onde d’origine) de cet objet est z = 2,639. La distance correspondante est supposée être de 11 milliards d’années-lumière, en tenant compte de l’incertitude des paramètres cosmologiques.

Ce travail a été soutenu par une subvention pour la recherche scientifique de la Société japonaise pour la promotion de la science (n° 17H02868, 19K03937), de l’Observatoire astronomique national du Japon, projet de recherche scientifique conjoint ALMA 2018-07A, du même projet de recherche ALMA JAPAN. Fonds NAOJ-ALMA-256 et Taiwan MoST 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119-M-001- 020.

Diabetes Illustration

Des chercheurs découvrent une nouvelle cible potentielle pour les médicaments antidiabétiques

Faire revivre l’histoire : un organisme vieux de 450 millions d’années trouve une nouvelle vie dans Softbotics

Faire revivre l’histoire : un organisme vieux de 450 millions d’années trouve une nouvelle vie dans Softbotics