De quoi l’Univers est-il fait? Ne vous inquiétez pas si vous n'avez pas la moindre idée, les astronomes non plus. James Jee de l'Université Johns Hopkins a utilisé le télescope spatial Hubble pour créer une carte détaillée des concentrations de matière noire autour de deux galaxies. Et les astronomes viennent d'obtenir de nouveaux indices.
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Fraser Cain: Nous avons beaucoup entendu le terme matière noire. Pouvez-vous nous donner la compréhension actuelle de ce qu'est la matière noire?
Dr James Jee: Avant de parler de matière noire, je dois mentionner ce que les astronomes croient maintenant comment l'Univers est devenu ce qu'il est aujourd'hui. Nous pensons que 30% de l'Univers est de la matière, et les 70% restants sont de l'énergie sombre, et la matière noire comprend plus de 90% de la matière dans l'Univers. Personne n'a détecté de matière noire dans les laboratoires, donc ils n'en connaissent pas la forme, la couleur ou l'odeur, mais il y a des preuves qu'elle est là. Nous pouvons le détecter par la lentille dite gravitationnelle.
Fraser: Vous avez donc récemment effectué une étude à l'aide du télescope spatial Hubble pour cartographier la concentration de matière noire. Quel a été le processus pour y parvenir?
Dr Jee: La matière noire comprend, comme je l'ai dit, 90% de la matière dans l'Univers, et le meilleur endroit pour rechercher la matière noire est l'endroit où elle abonde le plus. Nous avons donc pointé le télescope spatial Hubble vers deux des amas de galaxies les plus intéressants se formant lorsque l'Univers avait la moitié de son âge actuel.
Fraser: Et qu'avez-vous vu?
Dr Jee: Nous avons examiné la distribution spectrale des galaxies de fond. En examinant la distorsion de ces galaxies de fond, nous avons pu déterminer la densité de la matière noire au premier plan.
Fraser: Voyons si je comprends bien. Vous regardiez des galaxies lointaines, et en voyant la façon dont la lumière changeait lorsqu'elle s'approchait de nous, vous avez pu détecter où il y avait des amas cachés de matière qui l'affectaient gravitationnellement.
Dr Jee: Exactement. C'est peut-être une bonne analogie. Supposons que vous lisez un article à l'aide d'une loupe, vous pouvez en déduire la puissance ou l'épaisseur des lentilles en examinant à quel point les lettres paraissent plus grandes à travers la loupe. De même, si vous regardez la distorsion ou le grossissement des galaxies d'arrière-plan, vous pouvez déterminer la densité de la matière noire insaisissable au premier plan.
Fraser: Alors, quelle est la relation entre la matière noire et les galaxies que nous pouvons voir?
Dr Jee: C'est la matière dominante dans l'Univers et elle a de la gravité. Sans matière noire, il est très difficile de former des galaxies avec les structures à grande échelle que nous voyons dans l'univers d'aujourd'hui. Donc, définitivement, la matière noire aide à la formation de galaxies dans la structure à grande échelle.
Fraser: Est-il possible, alors, que partout où la matière noire s'agglutine, c'est là que nous verrons probablement des galaxies?
Dr Jee: Oui, c'est essentiellement ce que nous avons trouvé dans nos recherches. Les gens ont émis l'hypothèse que la matière noire est des particules sans collision et que la matière noire et la matière normale devraient exister ensemble. Mais personne n'a pu le déterminer très clairement car la matière noire n'émet pas d'ondes électromagnétiques. Ce que nous avons trouvé en utilisant le Hubble, c'est que les galaxies lumineuses se forment dans les régions les plus denses de ces halos de matière noire.
Fraser: Si nous savons que ce type d'agglomération se produit - les deux semblent aller de pair - cela vous permet-il de rejeter les théories existantes sur ce que pourrait être cette matière noire?
Dr Jee: Oui, cela nous donne beaucoup d'indices. La plupart des gens croient que la matière noire est sans collision, mais certains suggèrent qu'ils peuvent avoir des propriétés de collision comme l'hydrogène gazeux. La façon dont la matière noire s'agglutine nous donne des indices sur ce qu'est la matière noire. Supposons que la matière noire ait des propriétés de collision, comme l'atome d'hydrogène, puis elles entrent en collision très fréquemment et nous verrons une distribution très fluide d'un halo de matière noire. Mais nous avons constaté que ces structures sont très grumeleuses, comme la masse d'une galaxie elle-même. Cela indique que les particules de matière noire, le cas échéant, seront des particules sans collision comme le disent la plupart des théories de l'astronomie d'aujourd'hui.
Fraser: Oh, je vois, donc les particules réelles qui pourraient être à l’origine de cette matière noire sont soit si petites, soit si faiblement interagissantes qu’elles ne sont même pas fous ensemble. Et s'ils faisaient bonk ensemble, vous verriez en fait un jet de distribution plus uniforme. Alors, sur la base des résultats que vous avez obtenus, quelle serait la prochaine étape de votre recherche?
Dr Jee: Le programme Advanced Camera for Surveys comprend plus de 15 amas de galaxies qui sont très très intéressants. Ce ne sont que les deux premiers résultats. Nous pensons que si nous terminons nos 15 amas de galaxies pour l'enquête, nous aurons une image plus claire de la façon dont la matière noire et la matière normale interagissent, éventuellement par gravité ensemble. Et nous pouvons avoir une idée plus claire de la façon dont la matière noire contribue à la formation de la structure à grande échelle de l'Univers.
Fraser: Et sur la base des recherches que vous avez faites jusqu'à présent, avez-vous une théorie sur ce que pourrait être la matière noire?
Dr Jee: Eh bien, si vous allez sur le site Web d’Astro-ph, c’est le site Web sur lequel les gens téléchargent leurs divers documents de recherche, et il y en a 10 ou 15 par jour. Et il y a beaucoup de spéculations à ce sujet qui sont très attrayantes et plausibles. Mais je suppose que la nature de la matière noire trouvera une réponse dans 10 ou 15 ans, mais nous cherchons toujours. Notre recherche donne une résolution sans précédent de la matière noire qui peut différencier les particules collisionnelles et sans collision.
Fraser: Et y a-t-il d'autres instruments que Hubble qui peuvent faire ce travail?
Dr Jee: Nous pouvons faire la lentille gravitationnelle en utilisant les télescopes au sol. En fait, c'est en 1990 que les gens ont détecté la matière noire pour la première fois à l'aide de lentilles gravitationnelles. Mais lorsque vous effectuez la lentille gravitationnelle à l'aide d'un télescope au sol, la résolution est si mauvaise. En d'autres termes, la turbulence atmosphérique enduira la lentille gravitationnelle de sorte que nous ne pourrons pas voir une image de très haute qualité de la matière noire. Mais si nous utilisons le télescope dans l'espace, il ne brouille pas la forme de l'image d'arrière-plan, vous conservez donc le signal de lentille gravitationnelle. Nous pouvons proposer une image à très haute résolution de la distribution de la matière noire.
Fraser: Et un instrument plus gros vous donnerait une meilleure image.
Dr Jee: Certainement. Le prochain télescope est le JWST (James Webb Space Telescope) qui augmentera efficacement la résolution de l'importance de la matière noire d'un facteur 10 ou plus.
Fraser. Pensez-vous que vous verriez quelque chose de sensiblement différent avec la résolution 10x?
Dr Jee: La forme globale de la distribution de la matière noire ne changera pas beaucoup, mais dans ce cas, nous pourrons peut-être comparer la structure de la matière noire par rapport aux galaxies. Dans ce cas, nous pourrons peut-être déterminer si les particules de matière noire ont des propriétés de collision. Au début, j'ai dit que ce que j'ai trouvé est cohérent avec l'hypothèse de collision. Mais il a été suggéré que les particules de matière noire pourraient avoir de très petites propriétés de collision. Nous avons donc pu déterminer le décalage entre la matière noire et la matière galactique. Cela vous donne beaucoup de contraintes possibles sur les sections efficaces collisionnelles entre les particules de matière normale et sombre.
Cette recherche a été publiée dans Space Magazine le 13 décembre 2005.
