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Cette magnifique image est une composition. Au départ, il s'agit d'une image du Hubble Space Telescope de l'amas de galaxies Abell 1689. Un amas de plus de 1000 galaxies, où l'on trouve des millions de milliards d'étoiles. Il est situé à 2,2 milliards d'années lumière de nous dans la direction de la constellation de la Vierge. (cliquer sur l'image pour agrandir).

Puis, en examinant avec attention les images déformées des galaxies situées derrière cet amas - donc plus loin de nous, entre 7 et 12 milliards d'années lumière - des astrophysiciens ont calculé la masse totale et sa répartition de cet amas dont la partie centrale fait environ un million d'années lumière de diamètre (voir image ci dessous). Ces images déformées sont les formes très oblongues, voir en arc-de-cercle dont le centre serait le centre de l'image, donc de l'amas.

Le mot important est "totale". Car, à la masse visible de l'amas - celle des étoiles qui brillent ou des nuages de gaz interstellaires et intergalactiques - s'ajoute une matière invisible, dite noire dont l'existence est suspectée depuis les années 1930.

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© HST ACS/WFC
Depuis, les astrophysiciens et les physiciens qui étudient les particules dans les accélérateurs, n'ont toujours pas découvert sa nature physique. En revanche, son existence a été confirmée à chaque observation de ce type. Car, pour expliquer la déformation de la lumière de 42 galaxies d'arrière-plan en raison de l'effet gravitationnel de la masse d'Abell 1689 sur leurs trajectoires, il faut faire appel à une matière supplémentaire à celle visible. Une matière beaucoup plus abondante... et dont la répartition spatiale peut se dériver des déformations subies par les images des galaxies d'arrière-plan. C'est cette matière noire et sa répartition qui est figurée par le halo bleuté sur l'image, un halo d'autant plus dense que la matière noire l'est.

L'image a été prise il y a déjà longtemps, en 2002, avec une pose de 13 heures, par le Hubble space telescope. Mais l'étude (de Dan Coe, Narciso Benıtez, Tom Broadhurst et Leonidas A. Moustakas) vient seulement d'être publiée par The Astrophysical Journal ( ici l'article en pdf). L'intérêt de cette nouvelle étude de la matière noire est qu'elle semble montrer que la structuration en amas de galaxies s'est opérée très tôt dans l'histoire de l'Univers.

Le phénomène de "lentille gravitationnelle", qui permet aux astrophysiciens de détecter des galaxies très lointaines en concentrant leur lumière en direction du télescope, a également été utilisé par une équipe internationale qui a mis à profit le télescope Herschel de l'Agence spatiale européenne. Recemment, cette équipe a publié un article dans Science montrant la première observation de ce type pour la longueur d'onde sub-millimétrique. Elle a permis d'étudier cinq galaxies situées à plus de 10 milliards d'années lumière. Cette étude a mobilisé des télescopes terrestres, le radio-télescope de l'IRAM sur le plateau de Bure. Lire ici le communiqué du Cnrs sur cette découverte.

Sur les relations entre matière visible et matière noire, un astrophysicien du Cnrs, Benoit Famaey (Observatoire de Strasbourg) avait participé à un article marquant en octobre 2009. Selon les auteurs de l'article paru dans Nature, la matière noire suit la matière visible dans sa répartition spatiale. "Nous avons découvert une étroite corrélation entre la densité de matière visible et la taille du halo de matière noire. Ces deux quantités sont liées de manière à ce que la force gravitationnelle engendrée par la matière visible soit toujours la même au rayon caractéristique du halo de matière noire ", expliquait Benoit Famaey à l'époque. Ce rayon est la limite jusqu'où la densité de matière noire ne décroît que lentement, ce qui définit la taille de la galaxie en terme de matière noire. En termes plus simples, cela veut dire que la matière noire est distribuée de manière inverse à la matière visible : plus à la périphérie de la galaxie et moins au centre, alors que la matière visible est très concentrée au centre de la galaxie puis de moins en moins dense. Le communiqué du Cnrs continuait par : «Ceci est extrêmement surprenant car il s'applique à des galaxies ayant des morphologies et des histoires différentes. La répartition des matières noire et visible ne dépend pas de l'histoire individuelle de chaque galaxie.» Il existe une explication alternative et encore plus surprenante : on change la loi de la gravitation... Lire une interview de Benoit Famaeys sur le site de La Recherche.