Cette image du télescope spatial Hubble montre l’énorme amas de galaxies MACS J1206. Les images déformées de galaxies de fond éloignées, vues comme des arcs et des caractéristiques maculées, sont intégrées dans l’amas. Ces distorsions sont causées par la quantité de matière noire dans l’amas, dont la gravité plie et amplifie la lumière des galaxies lointaines. Cet effet, appelé lentille gravitationnelle, permet aux astronomes d’étudier des galaxies éloignées qui seraient autrement trop faibles pour être vues. Plusieurs des galaxies en amas sont suffisamment massives et denses pour déformer et amplifier des sources lointaines. Les galaxies dans les trois pullouts représentent des exemples de tels effets. Dans les instantanés en haut à droite et en bas, deux galaxies bleues distantes sont cristallisées par le premier plan, des galaxies d’amas plus rouges, formant des anneaux et de multiples images des objets éloignés. Les taches rouges autour de la galaxie en haut à gauche indiquent l’émission de nuages ​​d’hydrogène dans une seule source distante. La source, vue quatre fois à cause de la lentille, peut être une faible galaxie. Ces taches ont été détectées par l’explorateur spectroscopique multi-unités (MUSE) au Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral au Chili. Les blobs n’apparaissent pas dans les images Hubble. MACS J1206 fait partie de l’enquête Cluster Lensing And Supernova avec Hubble (CLASH) et est l’un des trois amas de galaxies que les chercheurs ont étudiés avec Hubble et le VLT. L’image Hubble est une combinaison d’observations en lumière visible et infrarouge prises en 2011 par la caméra avancée pour les levés et la caméra grand champ 3.
Crédit: NASA, ESA, P. Natarajan (Université de Yale), G. Caminha (Université de Groningen), M. Meneghetti (INAF-Observatoire d’astrophysique et des sciences spatiales de Bologne), les équipes CLASH-VLT / Zooming; remerciements: NASA, ESA, M. Postman (STScI), l’équipe CLASH

Les astronomes ont découvert qu’il pourrait y avoir un ingrédient manquant dans notre recette cosmique du comportement de la matière noire.

READ  Un résultat de pandémie: les aînés se demandent où vivre

Les astronomes ont découvert une divergence entre les modèles théoriques de la façon dont la matière noire devrait être distribuée dans les amas de galaxies et les observations de l’emprise de la matière noire sur les amas.

La matière noire n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit la lumière. Sa présence n’est connue que par son attraction gravitationnelle sur la matière visible dans l’espace. Par conséquent, la matière noire reste aussi insaisissable que le chat du Cheshire d’Alice au pays des merveilles – où vous ne voyez que son sourire (sous forme de gravité) mais pas l’animal lui-même.

Une façon dont les astronomes peuvent détecter la matière noire est de mesurer la façon dont sa gravité déforme l’espace, un effet appelé lentille gravitationnelle.

Les chercheurs ont découvert que des concentrations à petite échelle de matière noire en grappes produisent des effets de lentille gravitationnels 10 fois plus puissants que prévu. Cette preuve est basée sur des observations détaillées sans précédent de plusieurs amas massifs de galaxies par NASAde Le télescope spatial Hubble et le European Southern Observatory’s Très grand télescope (VLT) au Chili.


Les astronomes semblent avoir révélé un détail déroutant dans le comportement de la matière noire. Ils ont trouvé de petites concentrations denses de matière noire qui plient et amplifient la lumière beaucoup plus fortement que prévu. Crédit: Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Les amas de galaxies, les structures les plus massives de l’univers composées de galaxies membres individuelles, sont les plus grands dépôts de matière noire. Non seulement ils sont en grande partie maintenus ensemble par la gravité de la matière noire, mais les galaxies individuelles sont elles-mêmes remplies de matière noire. La matière noire en grappes est donc distribuée à la fois à grande et à petite échelle.

READ  L'ISS vient d'éviter un `` morceau de débris spatiaux inconnus ''

«Les amas de galaxies sont des laboratoires idéaux pour comprendre si les simulations informatiques de l’univers reproduisent de manière fiable ce que nous pouvons déduire de la matière noire et de son interaction avec la matière lumineuse», a déclaré Massimo Meneghetti de l’INAF (Institut national d’astrophysique) -Observatoire d’astrophysique et des sciences spatiales de Bologne en Italie, auteur principal de l’étude.

«Nous avons effectué de nombreux tests minutieux en comparant les simulations et les données de cette étude, et notre découverte de l’inadéquation persiste», a poursuivi Meneghetti. «L’une des origines possibles de cet écart est que nous manquons peut-être certains éléments physiques clés dans les simulations.»

Priyamvada Natarajan de Université de Yale à New Haven, Connecticut, l’un des principaux théoriciens de l’équipe, a ajouté: «Il y a une caractéristique de l’univers réel que nous ne captons tout simplement pas dans nos modèles théoriques actuels. Cela pourrait signaler une lacune dans notre compréhension actuelle de la nature de la matière noire et de ses propriétés, car ces données exquises nous ont permis de sonder la distribution détaillée de la matière noire sur les plus petites échelles.

L’article de l’équipe paraîtra dans le numéro du 11 septembre de la revue Science.

La distribution de la matière noire en amas est cartographiée via la flexion de la lumière, ou l’effet de lentille gravitationnel, qu’ils produisent. La gravité de la matière noire magnifie et déforme la lumière des objets de fond éloignés, un peu comme un miroir funhouse, produisant des distorsions et parfois de multiples images de la même galaxie lointaine. Plus la concentration de matière noire dans un amas est élevée, plus sa légère flexion est dramatique.

READ  La lune `` rouille '' et les scientifiques sont stupéfaits

Les images nettes de Hubble, associées aux spectres du VLT, ont aidé l’équipe à produire une carte de la matière noire précise et haute fidélité. Ils ont identifié des dizaines de galaxies d’arrière-plan à images multiples et à lentilles. En mesurant les distorsions de lentille, les astronomes pourraient retracer la quantité et la distribution de la matière noire.

Les trois amas de galaxies clés utilisés dans l’analyse, MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 et Abell S1063, faisaient partie de deux levés Hubble: The Frontier Fields et le Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH) programmes.

À la surprise de l’équipe, les images de Hubble ont également révélé des arcs à plus petite échelle et des images déformées imbriquées dans les distorsions de l’objectif à plus grande échelle dans le noyau de chaque amas, où résident les galaxies les plus massives.

Les chercheurs pensent que les lentilles intégrées sont produites par la gravité de concentrations denses de matière noire associées à des galaxies à amas individuels. La distribution de la matière noire dans les régions internes des galaxies individuelles est connue pour améliorer l’effet de lentille global de l’amas.

Des observations spectroscopiques de suivi ont été ajoutées à l’étude en mesurant la vitesse des étoiles en orbite à l’intérieur de plusieurs des galaxies de l’amas. «Sur la base de notre étude spectroscopique, nous avons pu associer les galaxies à chaque amas et estimer leurs distances», a déclaré Piero Rosati, membre de l’équipe de l’Université de Ferrare en Italie.

«La vitesse des étoiles nous a donné une estimation de la masse de chaque galaxie, y compris la quantité de matière noire», a ajouté Pietro Bergamini, membre de l’équipe de l’INAF-Observatoire d’astrophysique et des sciences spatiales de Bologne, en Italie.

L’équipe a comparé les cartes de matière noire avec des échantillons d’amas de galaxies simulés avec des masses similaires, situés à peu près aux mêmes distances que les amas observés. Les amas dans les simulations informatiques n’ont pas montré le même niveau de concentration de matière noire sur les plus petites échelles – les échelles associées aux galaxies d’amas individuelles comme on le voit dans l’univers.

L’équipe a hâte de poursuivre ses tests de résistance sur le modèle standard de matière noire pour déterminer sa nature intrigante.

Le télescope spatial romain Nancy Grace prévu par la NASA détectera encore plus de galaxies éloignées grâce à la lentille gravitationnelle par des amas de galaxies massives. Les observations élargiront l’échantillon d’amas que les astronomes pourront analyser pour tester davantage les modèles de matière noire.

Référence: “Un excès de lentilles gravitationnelles à petite échelle observé dans des amas de galaxies” par Massimo Meneghetti, Guido Davoli, Pietro Bergamini, Piero Rosati, Priyamvada Natarajan, Carlo Giocoli, Gabriel B. Caminha, R. Benton Metcalf, Elena Rasia, Stefano Borgani , Francesco Calura, Claudio Grillo, Amata Mercurio et Eros Vanzella, 11 septembre 2020, Science.
DOI: 10.1126 / science.aax5164

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’ESA (Agence spatiale européenne). Le centre de vol spatial Goddard de la NASA à Greenbelt, Maryland, gère le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore mène les opérations scientifiques de Hubble. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités pour la recherche en astronomie à Washington, DC