Dark Matter est un mystère depuis sa première proposition. En plus d'essayer de trouver des preuves directes de son existence, les scientifiques ont également passé les dernières décennies à développer des modèles théoriques pour expliquer comment cela fonctionne. Ces dernières années, la conception populaire a été que la matière noire est «froide» et distribuée en touffes dans tout l'Univers, une observation étayée par les données de la mission Planck.
Cependant, une nouvelle étude produite par une équipe internationale de chercheurs brosse un tableau différent. En utilisant les données du Kilo Degree Survey (KiDS), ces chercheurs ont étudié comment la lumière provenant de millions de galaxies éloignées était affectée par l'influence gravitationnelle de la matière sur la plus grande échelle. Ce qu'ils ont découvert, c'est que la matière noire semble se répartir plus facilement dans l'espace que ce que l'on pensait auparavant.
Au cours des cinq dernières années, l'enquête KiDS a utilisé le VLT Survey Telescope (VST) - le plus grand télescope de l'Observatoire de La Silla Paranal de l'ESO au Chili - pour étudier 1500 degrés carrés du ciel nocturne du sud. Ce volume d'espace a été surveillé dans quatre bandes (UV, IR, vert et rouge) à l'aide de lentilles gravitationnelles faibles et de mesures photométriques de décalage vers le rouge.
Conformément à la théorie d'Einstein de la relativité générale, la lentille gravitationnelle consiste à étudier comment le champ gravitationnel d'un objet massif va courber la lumière. Pendant ce temps, le décalage vers le rouge tente de mesurer la vitesse à laquelle d'autres galaxies s'éloignent de la nôtre en mesurant la mesure dans laquelle leur lumière est déplacée vers l'extrémité rouge du spectre (c'est-à-dire que sa longueur d'onde s'allonge plus la source s'éloigne).
La lentille gravitationnelle est particulièrement utile lorsqu'il s'agit de déterminer comment l'Univers a vu le jour. Notre modèle cosmologique actuel, connu sous le nom de modèle Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), stipule que l'énergie sombre est responsable de l'accélération tardive de l'expansion de l'Univers et que la matière noire est constituée de particules massives responsables pour la formation de structures cosmologiques.
En utilisant une légère variation de cette technique connue sous le nom de voile cosmique, l'équipe de recherche a étudié la lumière des galaxies éloignées pour déterminer comment elle est déformée par la présence des plus grandes structures de l'Univers (telles que les superamas et les filaments). Comme le Dr Hendrik Hildebrandt - un astronome de l'Argelander Institute for Astronomy (AIfA) et l'auteur principal du document - a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Habituellement, on pense à une grande masse comme un amas de galaxies qui provoque cette déviation de la lumière. Mais il y a aussi de la matière dans tout l'Univers. La lumière des galaxies éloignées est continuellement déviée par cette structure dite à grande échelle. Il en résulte que les galaxies proches du ciel «pointent» dans la même direction. C'est un effet minuscule mais il peut être mesuré avec des méthodes statistiques à partir de grands échantillons de galaxies.Quand nous avons mesuré la force avec laquelle les galaxies `` pointent '' dans la même direction, nous pouvons en déduire les propriétés statistiques de la structure à grande échelle, par exemple la densité moyenne de matière et la force avec laquelle la matière est agglomérée / groupée. »
À l'aide de cette technique, l'équipe de recherche a effectué une analyse de 450 degrés carrés de données KiDS, ce qui correspond à environ 1% du ciel entier. Dans ce volume d'espace, on a observé comment la lumière provenant d'environ 15 millions de galaxies interagissait avec toute la matière qui se trouve entre elles et la Terre.
Combinant les images extrêmement nettes obtenues par VST avec un logiciel informatique avancé, l'équipe a pu effectuer l'une des mesures les plus précises jamais réalisées sur le cisaillement cosmique. Il est intéressant de noter que les résultats n'étaient pas conformes à ceux produits par la mission Planck de l'ESA, qui a été le mappeur le plus complet de l'Univers à ce jour.
La mission Planck a fourni des informations merveilleusement détaillées et précises sur le fond cosmique des micro-ondes (CMB). Cela a aidé les astronomes à cartographier l'Univers primitif, ainsi qu'à développer des théories sur la façon dont la matière était distribuée au cours de cette période. Comme l'explique Hildebrandt:
«Planck mesure de nombreux paramètres cosmologiques avec une précision exquise à partir des fluctuations de température du fond micro-ondes cosmique, c'est-à-dire des processus physiques qui se sont produits 400 000 ans après le Big Bang. Deux de ces paramètres sont la densité moyenne de matière de l'Univers et une mesure de la force avec laquelle cette matière est agglomérée. Avec le cisaillement cosmique, nous mesurons également ces deux paramètres mais une époque cosmique beaucoup plus tardive (il y a quelques milliards d'années ou ~ 10 milliards d'années après le Big Bang), c'est-à-dire dans notre passé plus récent. »
Cependant, Hildebrandt et son équipe ont trouvé des valeurs pour ces paramètres qui étaient significativement inférieures à celles trouvées par Planck. Fondamentalement, leurs résultats de cisaillement cosmique suggèrent qu'il y a moins de matière dans l'Univers et qu'elle est moins groupée que ce que les résultats de Planck ont prédit. Ces résultats sont susceptibles d'avoir un impact sur les études cosmologiques et la physique théorique dans les années à venir.
En l'état, Dark Matter reste indétectable à l'aide de méthodes standard. Comme les trous noirs, son existence ne peut être déduite que des effets gravitationnels observables qu'il a sur la matière visible. Dans ce cas, sa présence et sa nature fondamentale sont mesurées par la façon dont il a affecté l'évolution de l'Univers au cours des 13,8 milliards d'années écoulées. Mais comme les résultats semblent contradictoires, les astronomes peuvent maintenant avoir à reconsidérer certaines de leurs notions précédemment détenues.
"Il y a plusieurs options: parce que nous ne comprenons pas les ingrédients dominants de l'Univers (matière noire et énergie noire), nous pouvons jouer avec les propriétés des deux", a déclaré Hildebrandt. "Par exemple, différentes formes d'énergie sombre (plus complexes que la possibilité la plus simple, qui est la" constante cosmologique "d'Einstein) pourraient expliquer nos mesures. Une autre possibilité intéressante est que c'est un signe que les lois de la gravité à l'échelle de l'Univers sont différentes de la Relativité Générale. Tout ce que nous pouvons dire pour l'instant, c'est que quelque chose ne semble pas tout à fait correct! »
