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

Les liens manquants entre les galaxies ont finalement été trouvés. Il s’agit de la première détection (de la moitié environ) de la matière normale dans notre univers – protons, neutrons et électrons – qui n’ a pas été prise en compte par les observations antérieures d’étoiles, de galaxies et d’autres objets lumineux dans l’espace.

Vous avez probablement entendu parler de la chasse à la matière noire, une substance mystérieuse que l’on pense imprégner l’univers et dont les effets sont visibles à travers son attraction gravitationnelle. Mais nos modèles de l’univers disent aussi qu’il devrait y avoir environ deux fois plus de matière ordinaire que ce que nous avons observé jusqu’ à présent.

Deux équipes distinctes ont trouvé la matière manquante – faite de particules appelées baryons plutôt que de matière noire – reliant les galaxies entre elles à travers des filaments de gaz chauds et diffus.

« Le problème du baryon disparu est résolu « , explique Hideki Tanimura à l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay, leader de l’un des groupes. L’autre équipe était dirigée par Anna de Graaff à l’Université d’Edimbourg, au Royaume-Uni.

Comme le gaz est si ténu et pas assez chaud pour que les télescopes à rayons X puissent le capter, personne n’avait pu le voir auparavant.

Il n’ y a pas de point faible – pas d’instrument doux que nous ayons encore inventé et qui puisse observer directement ce gaz « , dit Richard Ellis de University College London. « Jusqu’ à présent, c’était purement spéculatif. »

Les deux groupes ont donc dû trouver un autre moyen de montrer définitivement que ces fils de gaz sont vraiment là.

Les deux équipes ont profité d’un phénomène appelé effet Sunyaev-Zel’dovich qui se produit lorsque la lumière résiduelle du big bang passe à travers un gaz chaud. Au fur et à mesure que la lumière se propage, une partie de celle-ci disperse les électrons dans le gaz, laissant une tache sombre dans le fond du micro-ondes cosmique – notre instantané des restes de la naissance du cosmos.

En 2015, le satellite Planck a créé une carte de cet effet dans tout l’univers observable. Parce que les vrilles de gaz entre les galaxies sont si diffuses, les taches qu’elles provoquent sont beaucoup trop légères pour être vues directement sur la carte de Planck.

Les deux équipes ont sélectionné des couples de galaxies à partir du Sloan Digital Sky Survey qui devaient être reliées par un brin de baryons. Ils empilaient les signaux Planck pour les zones entre les galaxies, rendant les brins individuellement faibles détectables en masse.

L’équipe de Tanimura a empilé des données sur 260 000 paires de galaxies, et le groupe de Graaff a utilisé plus d’un million de paires. Les deux équipes ont trouvé des traces de filaments de gaz entre les galaxies. Le groupe de Tanimura a constaté qu’ils étaient presque trois fois plus denses que la moyenne pour la matière normale dans l’univers, et le groupe de Graaf a constaté qu’ils étaient six fois plus denses – ce qui confirme que le gaz dans ces régions est assez dense pour former des filaments.

Nous nous attendons à des différences parce que nous examinons les filaments à des distances différentes « , dit Tanimura. « Si ce facteur est pris en compte, nos résultats sont très cohérents avec ceux de l’autre groupe. »

Enfin, la découverte des baryons supplémentaires qui ont été prédits par des décennies de simulations confirme certaines de nos hypothèses sur l’univers.

« Tout le monde sait en quelque sorte qu’il doit être là, mais c’est la première fois que quelqu’un – deux groupes différents, pas moins – arrive à une détection définitive « , dit Ralph Kraft au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics au Massachusetts.

Cela montre que bon nombre de nos idées sur la formation des galaxies et des structures au cours de l’histoire de l’univers sont assez justes « , dit-il.

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