Contrairement à ceux qui cherchent la matière noire, les astronomes en quête de la matière manquante de notre Univers savent ce qu’ils doivent trouver. Ils sont simplement confrontés à une difficulté technique. Ce gaz froid, en effet, reste insaisissable par nos instruments traditionnels. Mais aujourd’hui, des chercheurs pensent avoir enfin mis la main dessus.
La matière noire. Vous en avez probablement déjà entendu parler. Les physiciensphysiciens déduisent son existence de quelques « empreintes » qu’elle laisse dans notre Univers. Mais ils ne savent toujours pas de quoi elle est réellement constituée. Ils estiment toutefois qu’elle pourrait constituer une large part de la totalité de la matière contenue dans notre Univers. Le reste, environ 15 %, c’est de la matière ordinaire. Les scientifiques l’appellent matière baryonique, mais il ne s’agit de rien d’autre que de celle qui constitue tout ce que nous connaissons. Vous, moi, les pierres ou les arbresarbres qui nous entourent. Et surtout, les planètes, les étoiles et les poussières et les gaz qui flottent dans les galaxies. Cette matière-là est bien connue des astronomesastronomes. Ils savent exactement combien il y en a dans notre Univers. Vraiment ? Eh bien, pas tout à fait, en réalité.
Car les chercheurs qui se sont attelés à peser toutes les galaxies de notre Univers ont obtenu un résultat assez inférieur à la quantité totale de matière produite lors du Big BangBig Bang il y a 13,6 milliards d’années. Selon le modèle le plus éprouvé de l’évolution de notre Univers, c’est même près de la moitié de la matière baryonique qui manque à l’appel. Mais des astronomes de l’université de Californie à Berkeley (UC Berkeley, États-Unis) pourraient en avoir retrouvé la trace. Ils expliquent leur cheminement dans un article en cours d’évaluation par les pairs pour la revue Physics Research Letters.
Une astuce pour mettre à jour la matière manquante
Pour comprendre, il faut savoir que les chercheurs s’attendent à ce que cette matière ordinaire, mais toujours manquante, soit constituée d’hydrogènehydrogène en grande partie ionisé. Trop froid et trop diffusdiffus, il était, jusqu’ici, resté invisible. Les astronomes de l’UC Berkeley, toutefois, ont été plus malins que les autres. Ils ont, en quelque sorte, utilisé le fond diffus cosmologique – la lumièrelumière la plus ancienne de notre Univers qui soit accessible à notre observation – comme un rétroéclairage dévoilant la présence de gaz ionisé.
Les chercheurs ont mobilisé l’instrument spectroscopique pour l’énergieénergie sombre (Desi) de l’observatoire national de Kitt Peak (États-Unis) pour saisir les images de plusieurs millions de galaxies situées à quelque 8 milliards d’années-lumièreannées-lumière de notre Terre. Pour les mesures de fond diffus cosmologiquefond diffus cosmologique, ils se sont tournés vers les données du télescopetélescope cosmologique d’Atacama (ACT, Chili). À partir de là, ils ont cherché les légères atténuations ou les faibles éclaircissements du fond diffus cosmologique qui trahiraient la diffusiondiffusion du rayonnement par les électronsélectrons cachés dans le gaz ionisé.
Ce que la matière manquante dévoile de notre Univers
Leurs résultats suggèrent que le halo d’hydrogène ionisé qui entoure les galaxies est à la fois plus diffus et plus étendu que les scientifiques le pensaient. Jusqu’à cinq fois plus. Ce n’est pas rien. Et cela pourrait avoir des implications très directes sur le comportement des noyaux actifs constitués de trous noirs que l’on trouve dans certaines galaxies (AGNAGN).
Au moment de leur formation, ils émettent des jets de matière et de rayonnement. Mais si l’hydrogène ionisé est si largement réparti autour de galaxies matures, les astronomes avancent que lesdits trous noirstrous noirs pourraient connaître occasionnellement, tout au long de leur vie, de nouvelles phases actives. Les astronomes décrivent l’expulsion de gaz et sa rechuterechute ultérieure dans le disque galactique comme une rétroactionrétroaction régulant la formation de nouvelles étoiles partout dans la galaxie en question. De premiers indices d’un tel processus avaient déjà été découverts en 2020. Mais ces nouveaux résultats sont encore plus robustes, car ils tiennent compte d’un plus grand nombre de galaxies et se basent sur des mesures plus précises.
« Et maintenant que nous savons où se trouve la matière manquante [le long d’un vaste réseau de matière rassemblée en filaments et qui relie les galaxies de notre Univers], nous pouvons nous demander : Quelles sont les conséquences sur les problèmes cosmologiques ? », remarque Simone Ferraro, chercheuse au Berkeley Lab, dans un communiqué. Parce qu’il y en a. Tout d’abord, l’expulsion de gaz du cœur des galaxies massives remet en question l’hypothèse selon laquelle le gaz suit la matière noirematière noire.
Ainsi, intégrer les nouveaux résultats de l’équipe de UC Berkeley dans les modèles cosmologiques pourrait aider à résoudre certaines questions concernant la complexité de l’Univers. Quant à la technique développée par les astronomes, elle pourrait être utilisée pour sonder l’Univers primordial et apporter des éclaircissements sur la structure à grande échelle de notre Univers et les lois de la physiquephysique qui avaient cours à cette époque.
Auteur : Nathalie Mayer, Journaliste
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