Matière noire : première illumination ?

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28 août 2018

La matière noire est, comme son nom l’indique, obscure car elle n’émet pas de rayonnement observable. Et si en observant les premières étoiles, on pouvait prouver que le gaz composé d’hydrogène les entourant avait interagi avec des particules de matière noire ?

Un quart de la matière composant notre univers est de la matière noire, soit cinq fois plus que la matière que nous connaissons. Or, nous n’avons que très peu d’information sur cette matière. En réalité, les astronomes ont réalisé son existence en mesurant la masse des galaxies. Entre l’estimation de la masse des étoiles d’une galaxie et l’estimation de la masse totale mesurée en utilisant un principe physique simple, il y a une différence très importante de masse : c’est la matière noire !

En astronomie, plus on regarde loin, plus on observe le passé. Ainsi, en observant des étoiles très lointaines, le Prof. Bowman de l’université d’Arizona et son équipe ont observé certaines des plus anciennes étoiles. La lumière émise par ces étoiles est supposée avoir interagi avec le gaz composé d’hydrogène présent dans l’univers et avoir absorbé des photons (particules composant la lumière) du fond diffus cosmologique (reliquat du rayonnement du Big Bang). Cette absorption serait détectable aujourd’hui grâce à des radiotélescopes. Et elle a été détectée par EDGES (une « antenne » située dans l’ouest de l’Australie), dont vous pouvez voir une des antennes ci-dessous.

Illust: Figure 1. Antenne, 47.5 ko, 390x421
Figure 1. Antenne de faible longueur d’onde de EDGES (crédits : Bowman et al.)

Cependant le profil indique que le gaz était bien plus froid que prévu. Comment est-ce possible ?

Le Prof. Barkana du Département d’astrophysique de l’Université de Tel Aviv suggère que ce refroidissement excessif du gaz n’est explicable que par l’interaction du gaz avec la matière noire. En s’intéressant aux observations, il en déduit que la matière noire est plutôt froide et se déplace à faible vitesse (ce qui était attendu), mais aussi que les particules de matière noire ont une faible masse, ce qui n’était pas attendu !

SKA, le radiotélescope le plus important en construction actuellement en Afrique du Sud et en Australie, devrait permettre de détecter d’autres très anciennes étoiles et apportera, peut-être, de nouvelles informations sur la matière noire !

Sources :
https://arxiv.org/pdf/1803.06698.pdf
https://www.nature.com/articles/nature25792

Rédactrice : Odélia Teboul (odelia.teboul1[a]mail.huji.ac.il), doctorante à l’Université hébraïque de Jérusalem

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