La moitié de la matière manquante de l’univers... vient d’être retrouvée !

Deux équipes scientifiques européennes sont parvenues à identifier la matière manquante de l’univers. Outre la matière noire et interstellaire, nous pouvons désormais rajouter les baryons, des particules reliant les galaxies entre elles !

Just a matter of dark matter

Le lien manquant entre les différentes galaxies a enfin été établi : c’est la première fois que les scientifiques détectent la moitié de la matière interstellaire de l’univers – ou matière normale composée de protons, d’électrons et de neutrons – loupée par les habituelles observations des étoiles, des galaxies, et des astres lumineux. Il ne s’agit pas de matière noire, comme beaucoup de chercheurs le pensaient ; cette mystérieuse matière que même les non-initiés connaissent de nom, susceptible de pénétrer l’univers – la gravitation en serait d’ailleurs l’une des preuves.

Mais selon nos représentations de l’univers, il devrait y avoir deux fois plus de matière noire comparé à ce que nous avons observé jusqu’ici. L’explication tient en un mot : baryons. Ces particules sont les principales composantes de cette matière manquante – au lieu de la matière noire – et jouent un rôle cruciale : elles lient les galaxies entre elles.

« Tiens le fil ! »

La matière manquante chargée en baryons se présente sous la forme de longs filaments de gaz chaud et diffus passés inaperçus jusque-là : leur température trop faible et leur extrême minceur les ont camouflés aux yeux de nos télescopes à rayons X. Leur découverte est le fruit de deux équipes internationales : la première est dirigée par Hideki Tanimura de l’Institut d’astrophysique spatiale en France ; et la seconde est menée par Anna de Greef de l’Université d’Édimbourg, en Écosse.

« Il n’y a pas de point idéal. Aucun instrument que nous avions conçu ne pouvait directement observer ce gaz… »

Richard Ellis, University College.

Les télescopes à rayons X se révélant inutiles, Tanimura et de Greef ont trouvé la parade : ils ont tiré avantage d’un phénomène communément appelé « l’effet Sunyaev-Zel’dovich » qui se produit lorsque la lumière née du Big Bang traverse le gaz à haute température. Derrière cet imprononçable nom repose la clé d’un succès inespéré : lorsque la lumière voyage, une partie du faisceau disperse des électrons dans le gaz; ils forment alors une traînée vaporeuse dans le fond diffus cosmologique… C’est un peu comme un polaroïd des vestiges de la naissance du cosmos.

« Le problème du baryon manquant est résolu. »

Hideki Tanimura.

En 2015, le satellite Planck avait cartographié cet effet à travers l’univers connu et observable. Mais ces mèches de gaz entre les galaxies sont tellement diffuses que les traces qu’elles laissent derrière elles sont trop fines et légères pour être visibles sur la carte de Planck…

Un travail colossal

Les équipes d’Édimbourg et d’Orsay ont sélectionné plusieurs paires de galaxies depuis la Sloan Digital Sky Survey, que l’on soupçonnait connectées entre elles par une traînée de baryons. Les scientifiques ont compilé les signaux de Planck relatifs à l’espace séparant les galaxies de chaque paire, rendant possible l’observation individuelle de ces brins rassemblés en masse.

Pour parvenir à un tel exploit, le groupe de Tanimura a étudié près de 260.000 paires de galaxies, et celui d’Anne de Graaf plus d’un million ! Ils ont tous deux prouvé l’existence de ces fines lianes gazeuses qui liaient les galaxies entre elles ; avec une densité 3 à 6 fois supérieure à celle de la matière interstellaire de l’univers. Les résultats diffèrent selon les équipes, mais pas de quoi invalider les résultats pour Tanimura : « Nous nous attendions à quelques différences parce que nous regardions les filaments à des distances différentes. Si ce facteur est pris en compte, alors nos résultats sont cohérents avec ceux de l’autre groupe. »

« Cette découverte prouve que beaucoup de nos idées sur la manière dont les galaxies et les structures se sont formées à travers l’histoire de l’univers sont correctes » conclue Ralph Kraft du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics aux États-Unis.