jeudi 21 juin 2018

Les baryons manquants finalement trouvés


Le problème des baryons manquants semble définitivement ne plus en être un. La matière baryonique, matière « ordinaire » faite de protons de neutrons restait encore invisible pour 30% de son total environ. Mais une nouvelle étude vient de révéler où se cachaient ces baryons manquants : dans des filaments s’étendant entre les galaxies, sous forme de gaz très chaud.



L’équipe internationale menée par Fabrizio Nicastro (Istituto Nazionale di Astrofisica) a exploité un quasar très lointain pour détecter la matière qui se trouve dans la ligne de visée entre lui et nous. Ils ont pour cela utilisé les télescopes spatiaux Hubble et XMM-Newton. En observant la lumière du quasar 1ES 1553 en rayons X, les chercheurs ont repéré une raie d’absorption caractéristique de l’oxygène fortement ionisé qui n’existe que dans du gaz très chaud, de l’ordre de 1 million de degrés.
Jusqu’à présent, on avait réussi à localiser 70% de la matière baryonique totale devant peupler l’Univers d’après le modèle cosmologique et sa nucléosynthèse primordiale, confirmée par les fluctuations de densité du fond diffus cosmologique : 10% se trouverait dans les galaxies, sous forme de gaz, d’étoiles, de planètes et de bestioles, et 60% se retrouverait dans des nuages de gaz diffus entre les galaxies, froid ou moins froid. Il en manquait encore 30%. Ce sont ces derniers 30% que Nicastro et ses collaborateurs viennent de mettre définitivement en évidence.
Dès 2012, Michael Shull et Charles Danforth de l’Université de Boulder, qui cosignent cet article paru aujourd’hui dans Nature, avaient proposé l’idée que les 30% manquant pourraient former des structures filamenteuses de gaz très chaud s’étalant dans le milieu intergalactique. Ils l’avaient dénommé le WHIM (Warm Hot Intergalactic Medium). Selon eux, ce milieu serait en fait peuplé de gaz ayant des températures très diverses, de quelques milliers à quelques millions de degrés. Mais l’hydrogène, majoritaire dans ce gaz intergalactique, une fois ionisé, est quasi impossible à détecter, rendant l’affaire compliquée.
Mais Shull et Danforth avaient vu juste, et pour le prouver, il fallait chercher un autre composé que l’hydrogène, et c’est avec l’oxygène ionisé qu’ils y sont parvenu (une raie X de l’oxygène ionisé O VII). La raie d’absorption que les astrophysiciens ont mesurée grâce à XMM-Newton permet de déterminer la densité de gaz totale présente entre le quasar et notre galaxie. Cette mesure est suffisante pour que, quand on extrapole à la taille de l’Univers entier, on trouve exactement la quantité manquante de 30% de matière baryonique.
Une question qui apparaît est : comment de vastes quantités d’oxygène se sont retrouvées dans ce milieu intergalactique en compagnie de l’hydrogène ? Les astrophysiciens ne peuvent faire que des hypothèses pour le moment, comme le fait que cet oxygène aurait été expulsé par les galaxies durant des milliards d’années d’activité de supernovas et autres jets de trous noirs. Cette question reste ouverte.
Il ne reste plus qu’à confirmer ces observations par d’autres avec d’autres quasars utilisés efficacement comme sondes à filaments intergalactiques. La résolution de ce problème cosmologique existant depuis une vingtaine d’années renforce également le modèle standard du Big Bang.  

Source
Observations of the missing baryons in the warm–hot intergalactic medium,
F. Nicastro et al,
Nature (21 june 2018)



Illustrations

1) Simulation des filaments de gaz intergalactiques connectant les galaxies entre elles  (Illustris Collaboration)

2) Composition de la matière baryonique après ces nouveaux résultats (ESA)