Une équipe de recherche a utilisé la lentille gravitationnelle du système MGJ0414+0534 observé par ALMA pour cartographier la répartition de la matière noire avec des détails sans précédent, confirmant ainsi la théorie de la matière noire froide et ouvrant la voie à de nouvelles découvertes sur la composante dominante mais insaisissable de l'univers.

Fluctuations de la matière noire dans le système de lentilles MGJ0414+0534. Les couleurs bleues et blanches représentent les images de lentille gravitationnelle observées par ALMA. La distribution calculée de la matière noire est représentée en orange ; les zones plus claires indiquent des concentrations plus élevées de matière noire et les zones orange plus foncées indiquent des concentrations plus faibles. Source : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K.T.Inoueetal.

De nouvelles recherches révèlent la répartition de la matière noire avec des détails sans précédent, jusqu'à une échelle minimale de 30 000 années-lumière. Les fluctuations de distribution observées fournissent de meilleures contraintes sur les propriétés de la matière noire.

La mystérieuse matière noire constitue l’essentiel de la matière de l’univers. La matière noire est invisible et son existence n'est connue que par les effets gravitationnels. La matière noire n’a jamais été isolée en laboratoire, les chercheurs doivent donc s’appuyer sur des « expériences naturelles » pour l’étudier.

La lentille gravitationnelle est un type d’expérience naturelle. Parfois, par hasard, deux objets situés à des distances différentes dans l’univers se trouveront dans la même ligne de mire, vus de la Terre. Lorsque cela se produit, la courbure de l’espace provoquée par le matériau entourant l’objet au premier plan agit comme une lentille, courbant les trajets lumineux de l’objet en arrière-plan, créant ainsi une image lentille. Cependant, il est difficile d’atteindre une haute résolution dans les expériences naturelles pour détecter des amas de matière noire dont la masse est inférieure à celle des galaxies. La nature exacte de la matière noire n’a donc pas été bien confirmée.

Schéma conceptuel du système de lentille gravitationnelle MGJ0414+0534. La matière noire associée aux galaxies à lentilles apparaît en bleu pâle et blanc. La matière noire dans l'espace intergalactique est représentée en orange. La ligne continue montre le chemin réel d’une onde radio courbée par la gravité. La ligne pointillée indique l'emplacement d'observation apparent de l'image de la lentille. Source image : NAOJ, K.T.Inoue

Une équipe de recherche japonaise dirigée par Kaiki Taro Inoue, professeur à l’Université Keiyo au Japon, a utilisé ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pour étudier un système de lentilles gravitationnelles appelé MGJ0414+0534 en direction du Taureau. Dans ce système, en raison de l'effet gravitationnel de la galaxie massive sur la lumière, l'objet au premier plan ne forme pas un, mais quatre objets à l'arrière-plan. Grâce à l’effet de courbure et à de nouvelles méthodes d’analyse des données, l’équipe de recherche a pu détecter les fluctuations de la répartition de la matière noire le long de la ligne de visée avec une haute résolution sans précédent, jusqu’à une échelle minimale de 30 000 années-lumière.

Les nouvelles contraintes fournies par notre distribution observée de la matière noire sont cohérentes avec les modèles de particules de matière noire à mouvement lent ou « froides ». À l’avenir, l’équipe de recherche prévoit de limiter davantage les propriétés de la matière noire grâce à davantage d’observations.