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Jun 24, 2023

Magazine Quanta

29 août 2023 Les lentilles cosmiques sombres se révèlent en déformant et en grossissant la lumière des étoiles lointaines. Les scientifiques espèrent que ces lentilles seront la clé pour découvrir la nature de la matière noire. Allison Li/Quanta

29 août 2023

Les lentilles cosmiques sombres se révèlent en déformant et en grossissant la lumière des étoiles lointaines. Les scientifiques espèrent que ces lentilles seront la clé pour découvrir la nature de la matière noire.

Allison Li/Quanta Magazine

Écrivain collaborateur

29 août 2023

En octobre dernier, alors que le télescope spatial James Webb effectuait ses premières longues poses du ciel près de la constellation de l'Eridan, les astronomes ont commencé à reconstituer l'histoire d'un point de lumière faible et vacillant qui semblait émerger des recoins les plus profonds de l'univers.

Quoi qu’il en soit, elle a brillé trop longtemps pour être une supernova ; une seule étoile était également retirée de la table. "C'est comme si vous étiez probablement dans l'un de ces films CSI, que vous étiez un détective", a déclaré José María Diego, astrophysicien à l'Institut de physique de Cantabrie en Espagne qui a travaillé pour déchiffrer le signal. « Vous avez beaucoup de suspects sur la table et vous devez les éliminer un par un. »

Diego et ses collègues ont récemment rapporté que la faible tache de lumière semble provenir d'un système stellaire extrême qu'ils ont surnommé Mothra – une paire d'étoiles supergéantes qui, à leur apogée, il y a 10 milliards d'années, surpassaient presque tout le reste de leur galaxie.

À cette époque, l’univers entier était plus jeune que la Terre ne l’est aujourd’hui ; notre planète n'a commencé à fusionner qu'après que les photons Mothra aient atteint la moitié de leur voyage cosmique vers un monde qui développerait un télescope spatial géant sensible à l'infrarouge juste à temps pour capter leur lumière. Détecter la lumière émise par des systèmes stellaires individuels, ce qui était autrefois impossible. Mais Mothra, nommé d'après un monstre kaiju inspiré des papillons de nuit à soie, n'est que le dernier d'une série récente de systèmes stellaires les plus anciens, les plus éloignés et généralement superlatifs que les astronomes ont trouvés dans les images du JWST et du télescope spatial Hubble. Et d'un autre côté, alors que Mothra et ses frères bestiaux sont des objets astrophysiques intrigants à part entière, ce qui excite le plus Diego, c'est que la lumière des étoiles monstres semble révéler une classe d'objets très différente flottant entre elle et la Terre : un objet autrement invisible. La motte de matière noire dont lui et ses collègues ont calculé qu'elle pèse entre 10 000 et 2,5 millions de fois la masse du soleil.

Si un tel objet existe réellement – ​​une conclusion préliminaire pour l’instant – il pourrait aider les physiciens à affiner leurs théories sur la matière noire et peut-être, peut-être, à résoudre le mystère de la masse inexpliquée de l’univers.

Depuis 2023, les efforts de laboratoire visant à rechercher des particules individuelles de matière noire se sont révélés vains, laissant à certains astrophysiciens le sombre soupçon pragmatique que la seule façon pour les humains de mettre un pied à coulisse sur la substance mystérieuse pourrait être d'étudier ses effets gravitationnels sur l'univers au sens large. L'équipe de Diego et d'autres recherchent donc les contours fantomatiques des objets sombres du cosmos. Ils espèrent identifier les plus petits amas de matière noire qui existent – ​​ce qui dépend à son tour de la physique de base de la particule de matière noire elle-même. Mais les morceaux de matière noire pure ne se présentent pas seulement aux astronomes ; les équipes utilisent des astuces d’observation pour extraire ces ombres des ombres. Aujourd’hui, les astronomes se concentrent sur des phénomènes cosmiques allant des lentilles gravitationnelles déformant l’espace – le genre de loupe invisible dominée par la matière noire qui a révélé Mothra – aux flux d’étoiles flottants, semblables à des rubans, beaucoup plus proches de chez nous. Jusqu’à présent, ces efforts ont exclu de nombreuses variantes d’un ensemble populaire de modèles appelés « matière noire chaude ».

"Vous ne pouvez pas toucher à la matière noire", a déclaré Anna Nierenberg, astrophysicienne à l'Université de Californie à Merced, qui recherche des blobs interstellaires sombres avec JWST. Mais trouver de petites structures faites de ce matériau ? "C'est aussi proche que possible."

Le peu que nous savons sur la matière noire existe sous forme de contours vagues et flous. Des décennies de preuves suggèrent que soit les théories de la gravité sont incomplètes, soit, comme le soutiennent plus souvent les astrophysiciens, une particule de matière noire hante l'univers. Dans une observation classique, les étoiles semblaient courir à la périphérie des galaxies comme si elles étaient soumises à une emprise gravitationnelle bien plus forte que ne le suggère la matière visible. En mesurant les mouvements de ces étoiles et en appliquant d'autres techniques permettant d'identifier les régions de l'espace les plus lourdes, les astronomes peuvent visualiser comment la matière noire de l'univers est distribuée à plus grande échelle.