Cette semaine, des scientifiques de la collaboration Dark Energy Survey (DES) ont publié la première d'une série de cartes détaillées cartographiant la distribution de la matière noire déduite de ses effets gravitationnels. Les nouvelles données montrent de gros filaments de matière noire où se trouvent des galaxies et des amas de galaxies visibles et des vides cosmiques où résident très peu de galaxies.
«Notre analyse jusqu'à présent est conforme à ce que prédit l'image actuelle de l'univers», a déclaré Chihway Chang de l'Institut fédéral suisse de technologie (ETH) à Zurich, co-responsable de l'analyse. "En zoomant sur les cartes, nous avons mesuré comment la matière noire enveloppe les galaxies de différents types et comment elles évoluent ensemble au cours du temps cosmique."
Les recherches et les cartes, qui couvrent une grande partie du ciel, sont le produit d'un effort massif d'une équipe internationale des États-Unis, du Royaume-Uni, d'Espagne, d'Allemagne, de Suisse et du Brésil. Ils ont annoncé leurs nouveaux résultats lors de la réunion de l'American Physical Society (APS) à Baltimore, Maryland.
Selon les cosmologistes, les particules de matière noire coulent et s'agglomèrent au fil du temps dans des régions particulières du cosmos, souvent aux mêmes endroits où les galaxies se forment et se regroupent. Au fil du temps, un «Web cosmique» se développe à travers l'univers. Bien que la matière noire soit invisible, elle se dilate avec l'univers et ressent l'attraction de la gravité. Les astrophysiciens peuvent alors en reconstruire des cartes en examinant des millions de galaxies, un peu comme on pourrait en déduire l'orientation changeante d'un troupeau d'oiseaux à partir de son ombre se déplaçant le long du sol.
Les scientifiques de DES ont créé les cartes avec l'un des appareils photo numériques les plus puissants du monde, l'appareil photo à énergie sombre (DECam) de 570 mégapixels, qui est particulièrement sensible à la lumière des galaxies lointaines. Il est monté sur le télescope Victor M. Blanco de 4 mètres, situé à l'Observatoire interaméricain Cerro Tololo, dans le nord du Chili. Chacune de ses images enregistre des données d'une zone 20 fois la taille de la lune vue de la terre.
De plus, DECam collecte des données près de dix fois plus rapidement que les machines précédentes. Selon David Bacon, à l’Institut de cosmologie et de gravitation de l’Université de Portsmouth, «cela nous permet de regarder plus profondément dans l’espace et de voir les effets de la matière noire et de l’énergie sombre avec plus de clarté. Ironiquement, bien que ces entités sombres représentent 96% de notre univers, les voir est difficile et nécessite de grandes quantités de données. »
Le télescope et ses instruments permettent des mesures précises en utilisant une technique connue sous le nom de «lentille gravitationnelle». Les astrophysiciens étudient les petites distorsions et le cisaillement des images des galaxies dues à l'attraction gravitationnelle de la matière noire autour d'eux, similaires aux images déformées d'objets dans une loupe, sauf que les galaxies à lentilles observées par les scientifiques du DES sont d'au moins 6 milliards de lumière - ans.
Chang et Vinu Vikram (Laboratoire national d'Argonne) ont dirigé l'analyse, avec laquelle ils ont tracé le tissu de matière noire avec des détails sans précédent sur 139 degrés carrés de l'hémisphère sud. "Nous avons mesuré les distorsions à peine perceptibles dans les formes d'environ 2 millions de galaxies pour construire ces nouvelles cartes", a déclaré Vikram. Cela représente moins de 0,4% du ciel entier, mais le relevé DES achevé cartographiera plus de 30 fois cette zone au cours des prochaines années.
Ils ont soumis leur document de recherche pour publication dans un prochain numéro du Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, et l'équipe DES l'a publiquement publié mardi dans le cadre d'un ensemble d'articles sur le serveur arXiv.org.
La précision et le détail de ces grandes cartes contiguës produites par les scientifiques du DES permettront de tester d'autres modèles cosmologiques. "Je suis vraiment enthousiasmé par ce que ces cartes nous apprendront sur la matière noire dans les amas de galaxies, en particulier en ce qui concerne les théories de la gravité modifiée", a déclaré Robert Nichol (Université de Portsmouth). Le modèle de gravité d'Einstein, la relativité générale, pourrait être incorrect à grande échelle cosmologique ou dans les régions les plus denses de l'univers, et les recherches en cours avec le Dark Energy Survey faciliteront les investigations à ce sujet.
