Pour célébrer Halloween, Hubble vous présente cette image d’encre de l’amas de galaxies Abell 611, situé à plus de 1000 mégaparsecs, soit environ 3,2 milliards d’années-lumière, de la Terre. Comme tous les amas de galaxies, l’existence continue d’Abell 611 pose un mystère aux astronomes.
Plus précisément, il ne semble pas y avoir suffisamment de masse contenue dans son réseau de galaxies constituantes en rotation rapide pour empêcher l’amas de voler en éclats. Il s’agit d’un problème bien établi en astronomie avec des structures très massives, telles que les galaxies et les amas de galaxies – elles ne semblent tout simplement pas contenir suffisamment de masse combinée pour rester entières.
Fait intéressant, ce problème ne se présente pas à des échelles cosmiques plus petites. Par exemple, le passage des planètes du système solaire autour du soleil peut être calculé relativement facilement en utilisant les masses et les emplacements des planètes et du soleil. Aucune masse supplémentaire n’est nécessaire pour expliquer l’intégrité du système solaire ou d’autres systèmes planète-étoile. Alors pourquoi cette règle intuitive s’effondre-t-elle à plus grande échelle ?
La théorie répandue est que l’univers contient de grandes quantités d’une substance connue sous le nom de matière noire. Bien que le nom puisse sembler inquiétant, « sombre » fait simplement référence au fait que cette quantité inconnue ne semble pas interagir avec la lumière comme le fait toute autre matière – ni émettant, ni réfléchissant, ni absorbant aucune partie du spectre électromagnétique. Cette qualité noire rend la matière noire incroyablement difficile à caractériser, bien que diverses possibilités aient été postulées.
Essentiellement, la plupart des candidats à la matière noire appartiennent à l’une des deux catégories suivantes : un type de particule qui existe en grande quantité dans tout l’univers, mais qui, pour une raison quelconque, n’interagit pas avec la lumière comme le font les autres particules ; ou un certain type d’objet massif existe également en grande abondance dans tout l’univers, mais ne se prête pas à la détection à l’aide de la technologie actuelle des télescopes.
Deux des candidats à la matière noire les plus fantaisistes appartiennent respectivement à la première et à la deuxième catégorie. Les particules massives à faible interaction (WIMP) sont des particules subatomiques hypothétiques qui n’interagissent pas avec les photons, c’est-à-dire qu’elles n’interagissent pas avec la lumière. Les objets halo compacts astrophysiques massifs (MACHO) sont un ensemble hypothétique d’objets très massifs constitués (contrairement aux WIMP) d’un type de matière que nous connaissons déjà, mais qui sont extrêmement difficiles à observer car ils émettent si peu de lumière.
Malgré des efforts considérables, cependant, aucune preuve concluante n’a été trouvée concernant les WIMP, les MACHO ou toute autre forme de matière noire.
Si la matière noire reste obstinément indéfinissable, elle est heureusement facilement quantifiable. En fait, les amas de galaxies tels qu’Abell 611 sont des laboratoires idéaux pour la quantification de la matière noire, en raison des preuves abondantes de lentilles gravitationnelles visibles dans l’amas. Un exemple de lentille est peut-être plus clairement visible au centre de l’image, à gauche du noyau lumineux de l’amas, où une courbe de lumière peut être vue. Cette courbe est la lumière d’une source plus éloignée qui a été pliée et déformée (ou « lentille ») par la vaste masse d’Abell 611.
La mesure dans laquelle la lumière a été courbée par l’amas peut être utilisée pour mesurer sa vraie masse. Cela peut ensuite être comparé à une estimation de sa masse dérivée de tous les composants visibles de l’amas. La différence entre la masse calculée et la masse observée est stupéfiante. En fait, en faisant un zoom arrière, les astronomes estiment actuellement qu’environ 85 % de la matière de l’univers est de la matière noire.
Même si le mystère de ce qui maintient ensemble la toile d’araignée cosmique des galaxies dans Abell 611 reste non résolu, nous pouvons toujours profiter de cette image et de la science fascinante – à la fois bien établie et théorisée – qui s’y déroule.