Les astronomes ont utilisé le télescope spatial Hubble pour observer ce qui semble être un nuage de matière noire dépourvu de galaxies, reste d’une violente collision d’amas de galaxies. Seulement, la théorie prévoit que les galaxies devraient rester ancrées à la matière noire lors de collisions.

Abell 520 est le résultat de la fusion gigantesque d’amas de galaxies, situé à 2.4 milliards d’années lumières de notre Terre. La matière noire, totalement invisible (ou plus exactement transparente) n’est détectée qu’à travers ses effets gravitationnels. Ainsi, la présence de cette hypothétique substance est détectée grâce à l’effet de lentille gravitationnelle, provoquant la formation d’images distordues de galaxies lointaines situées en arrière-plan.

Grâce à cette technique, les astronomes ont pu établir qu’Abell 520 possède un « coeur noir », contenant beaucoup moins de galaxies que le prévoit la théorie, si celles-ci étaient ancrées à la matière noire. Il semblerait que la plupart d’entre elles aient continué leur chemin, loin de la collision.

En quelques mots, la théorie actuelle ne permet tout simplement pas d’expliquer les observations de Hubble.

En 2007, lorsque la matière noire de l’amas fut étudiée pour la première fois, les astronomes ont ignoré les résultats, jugés invraisemblables à cause de trop peu de données. Les nouvelles observations de Hubble confirment que la matière noire et les galaxies sont bel et bien séparées.

Quand des amas de galaxies se rencontrent, les astronomes s’attendent à ce que les galaxies suivent la matière noire, un peu comme un chien au bout d’une laisse. D’un autre côté, les nuages de gaz intergalactique chauds, émettant des rayons X, se percutent, ralentissent et restent à la traîne suite à l’impact.

Jusque-là, la théorie fonctionnait à la fois dans le domaine visible et dans l’X avec l’amas du Boulet par exemple, considéré comme un exemple du comportement de la matière noire…

Mais Abell 520 semble indiquer que les choses ne sont pas si simples. A l’origine, les astronomes ont observé que le coeur de l’amas était riche en matière noire et gaz chauds, mais dépourvu de galaxies lumineuses, comme on s’attend à en voir habituellement. Le gaz chaud a été détecté à l’aide de l’observatoire Chandra, tandis que le télescope Canada-France-Hawaii et le télescope Subaru ont utilisé l’effet de lentille gravitationnelle pour détecter (indirectement) la matière noire.

© NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis), and A. Mahdavi (San Francisco State University)

C’est enfin avec l’aide du télescope spatial Hubble que les astronomes ont pu cartographier la distribution de matière noire: à leur surprise, les résultats de 2007 furent confirmés.

« On connaît peut-être six exemples de collisions d’amas de galaxies à grande vitesse où la distribution de matière noire a été cartographiée, » a dit James Jee de l’Université de Californie à Davis. « Mais l’amas du Boulet et Abell 520 sont les deux amas qui montrent les signes de fusions récentes, et ils sont en contradiction. Aucune théorie ne peut expliquer le comportement de la matière noire dans ces deux collisions. Il nous faut plus d’exemples. »

Plusieurs explications ont été proposées, mais toutes ont un aspect plus ou moins troublant. Dans un cas, qui aurait des implications stupéfiantes, de la matière noire pourrait être « collante », c’est à dire qu’elle interagirait avec elle-même, contrairement à ce qu’on imagine à l’heure actuelle.

Une autre explication pourrait venir du fait qu’Abell 520 est le résultat d’une collision beaucoup plus complexe que l’amas du Boulet: il aurait pu se former suite à la collision de trois amas, et non deux comme dans le cas de l’amas du Boulet.

Une troisième possibilité, le coeur contenait beaucoup de galaxies trop sombres pour être détectées, même par Hubble, ce qui impliquerait que ces galaxies auraient formé beaucoup moins d’étoiles que dans les autres galaxies. A l’aide des données de Hubble, le groupe de chercheurs à l’origine de la découverte espère pouvoir simuler la collision, et peut-être obtenir de nouvelles réponses sur l’étrange comportement de la matière noire.

Enfin, l’explication pourrait aussi être d’une toute autre nature… En effet, malgré d’apparentes certitudes, la seule chose que l’on sache au sujet de la matière noire, c’est que l’on ne sait absolument rien…

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