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Matière noire : cartographie de l’invisible
Nasa, Esa, and R.Massey (California institute of technology)
8 Janvier 2007
L’Univers est constitué à 80 % de matière noire. Invisible et de forme inconnue, cette matière est détectée indirectement, grâce aux distorsions qu’elle fait subir à la lumière. Depuis Einstein en effet, les physiciens savent que la matière exerce une attraction gravitationnelle sur la lumière et peut ainsi infléchir sa trajectoire. Pour nous atteindre, la lumière des galaxies lointaines traverse des concentrations de matière noire qui agissent comme des « lentilles gravitationnelles » et déforment l’image de ces galaxies. En observant ces images et les déformations subies, les astrophysiciens peuvent reconstituer la distribution de la matière noire intercalée entre notre galaxie et les galaxies lointaines.
Afin d’obtenir une cartographie de cette matière noire, une équipe internationale a obtenu près d’un millier d’heures d’observations avec le télescope spatial Hubble. Ce projet, intitulé Cosmos (Cosmic Evolution Survey), est le plus grand relevé de l’Univers jamais conduit avec le HST. L’étude a été faite sur une région du ciel de deux degrés carrés (neuf fois la surface apparente de la Lune). Grâce à la qualité d’image du HST, aux observations multi-couleurs obtenues avec les plus grands observatoires au sol, et aux techniques originales de traitement des données multi-échelles développées au CEA-Dapnia , les astrophysiciens ont pu déterminer, avec une précision et sur une étendue inégalées, la distribution spatiale de la matière noire et de la matière visible dans cette région du ciel, ainsi que son évolution sur une échelle de plusieurs milliards d’années. Ils ont ainsi montré que cette distribution évolue dans le temps, en accord avec les lois de la gravité, et que les différentes composantes de la matière visible étaient distribuées à l’intérieur de structures définies par la densité de la matière noire. Ces résultats confirment le modèle cosmologique qui prédit que la formation des structures de l’Univers est dominée par la dynamique de la matière noire.
Ils démontrent également l’apport capital de l’imagerie spatiale pour l’étude de la matière noire. Dans la prochaine décennie, des projets spatiaux en cours d’études, comme le projet Dune (Dark Universe Explorer), mené par le CEA-Dapnia, utiliseront la technique de lentille gravitationnelle pour faire un relevé de la matière noire sur un champ dix mille fois plus grand que celui du projet Cosmos. Avec un tel relevé, les astrophysiciens pourront étudier, sur la moitié du ciel, le rôle de la matière noire dans la formation des grandes structures de l’Univers. Ils pourront alors déterminer également les propriétés de l’énergie noire, une autre composante mystérieuse de l’Univers, qui produit aujourd’hui une accélération de son expansion, et dont la nature est une des plus grandes questions actuelles de la physique fondamentale. Le projet Dune a fait l’objet en 2005 d’une pré-étude avec le Cnes et est sur le point d’être proposé par un consortium international à l’Agence Spatiale Européenne dans le cadre du programme Cosmic Vision 2015 – 2025.
Cartographie de la matière sombre et visible avec le relevé Cosmos. Ce relevé consiste en une mosaïque de 2 degrés carrés, observée avec le télescope spatial Hubble. L’image de droite montre la distribution de la matière noire reconstruite grâce aux effets de lentille gravitationnelle. L’image de gauche montre la distribution de la matière visible qui coïncide avec le cœur des concentrations de matière noire.
*.CEA-Dapnia, Laboratoire d’Astrophysique des Interactions Multi-échelles (AIM - CNRS, CEA, Université Paris VII), Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM - CNRS, Université Aix-Marseille 1), Institut d'Astrophysique de Paris (IAP - CNRS, Université de Paris VI), SEDi.
**.Le HST permet d’obtenir la forme des galaxies, les observations multi-couleurs donnent des informations sur leur distance, les méthodes multi-échelles permettent d’adapter l’analyse des données en fonction de la taille des objets contenus dans l’image.
Pour en savoir plus
- Le site internet du Dapnia