mercredi 26 décembre 2018

La matière noire rendue visible dans les amas de galaxies


Une nouvelle méthode vient de montrer tout son potentiel pour "éclairer" la matière noire à l'intérieur des amas de galaxie : il s'agit d'observer les étoiles errantes dans les amas de galaxies,  celles qui ont été éjectées lors de collisions galactiques et qui se retrouvent prises au piège du potentiel gravitationnel produit par la matière noire. Ces étoiles émettent une faible lumière qui est encore décelable par nos meilleurs télescopes. 




Cette faible luminosité visible à l'intérieur des amas entre leurs galaxies constitutives est appelée la lumière intra-amas (intracluster light, ICL). Pour montrer que la répartition des étoiles errantes produisant cette lumière correspondait bien à la répartition de la matière noire diffuse au sein des amas de galaxies, Mireia Montes (Yale university) et Ignacio Trujillo ont comparé des cartographies de la lumière intra-amas avec la distribution de masse déduite de mesures de lentilles gravitationnelles obtenues avec le télescope spatial Hubble (et son programme Frontier Fields). Ce programme s'est focalisé sur l'observation de 6 amas de galaxies avec une durée d'observation continue d'environ 100h pour chaque amas, permettant d'atteindre à la fois des objets très faiblement lumineux autour des amas de galaxies, des galaxies très lointaines amplifiées et déformées par lentille gravitationnelle, et la lumière très faible émanant de l'intérieur des amas de galaxies.

En superposant les deux types de cartographies, qui n'ont aucun lien (cartographie de masse et cartographie de lumière), les astrophysiciens obtiennent un accord quasi parfait : les étoiles errantes se retrouvent distribuées exactement là où se trouvent d'énormes quantité de masse invisible. 
Les chercheurs montrent dans leur étude publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society que à la fois les étoiles éjectées des galaxies errant au milieu des amas de galaxies et la matière noire diffuse autour de ces galaxies se comportent comme des composantes sans collision. En somme, la lumière intra-amas permet de littéralement "voir" où se trouve la matière noire. Cette méthode s'avère même plus efficace que la méthode classique de lentilles gravitationnelles car cette dernière requiert une étape de reconstruction délicate à mettre en oeuvre, associée à des mesures spectroscopiques longues à traiter. La méthode de Montes et Trujillo a juste besoin d'images profondes des amas de galaxies comme ce que peut faire le télescope Hubble, c'est à dire d'un peu de temps d'observation.

Au delà d'une cartographie inédite de la matière noire à l'intérieur des amas de galaxies, l'utilisation de l'ICL comme traceur introduit la possibilité, à terme, de tester la nature de la matière noire. Par exemple, si les particules de matière noire ont une caractéristique d'auto-interaction, cela devrait se traduire par une petite différence entre la distribution spatiale de la lumière et la distribution spatiale de la matière noire. Les premiers résultats de Montes et Trujillo ne permettent pas encore de déterminer si la matière noire se comporte de cette façon, mais tous les espoirs sont permis pour des futures observations. 

C'est dans ce cadre que Montes et Trujillo s'apprêtent à étudier plus d'amas de galaxies que les six qu'ils ont utilisés pour montrer la pertinence de leur méthode. Ils espèrent également beaucoup d'autres observations par d'autres équipes, sans compter l'utilisation du futur télescope spatial Webb qui devrait décupler la puissance de Hubble.
La matière noire dans les amas de galaxies est désormais visible.


Source

Intracluster light: a luminous tracer for dark matter in clusters of galaxies
Mireia Montes  Ignacio Trujillo
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 482, Issue 2 (11 January 2019) 


Illustrations

1) L'amas de galaxies Abell S1063 imagé par Hubble (J. LOTZ/STSCL, ESA, NASA)

2) Etude de Abell S1063 par Montes et Trujillo : en bleu, le contour de la masse déduite des lentilles gravitationnelles et en vert le contour de la lumière intra-amas. Les deux contours coïncident. Le contour rouge correspond à l'émission de rayons X qui est décalée par rapport aux autres traceurs. (Montes, Trujillo/MNRAS)

1 commentaire :

Yves a dit…

Bonjour,

J'aime mieux le titre de la publication (Intracluster light: a luminous tracer for dark matter in clusters of galaxies).
Ce qui est visible n'est pas la matière noire (quelle que soit sa nature), mais la lumière des étoiles errantes qui "tombent" dans les puits du potentiel gravitationnel (quelle que soit leur origine).
En soi ce n'est pas vraiment surprenant, même si cela fournit une méthode plus directe que celle des lentilles gravitationnelles pour étudier la distribution de la masse de matière manquante, ou du moins les variations du champ gravitationnel au sein des amas - cela vaut aussi bien pour la matière noire froide du modèle LambdaCDM, pour d'autres types de matière noire envisagés, et pour les théories alternatives.