Hubble met en doute les propriétés de la matière noire

L'amas de galaxies Abell 2261 photographié par Hubble. © Nasa/ESA
Des observations menées avec le télescope spatial Hubble sur une dizaine d'amas de galaxies suggèrent que la matière noire n'est peut-être pas si noire que cela...

Plus les années passent, plus nos certitudes sur la nature de la matière noire sont fragilisées. Une étude publiée dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vient les bousculer encore un peu plus.

Selon un modèle désormais standard, l'essentiel de la matière de l'Univers serait constitué de particules exotiques exerçant une force de gravitation, mais n'interagissant sinon que très peu avec la matière ordinaire et avec elle-même (donc invisibles, ou encore « noires »), et se déplaçant lentement par rapport à la vitesse de la lumière (« froides », dans le jargon des astrophysiciens).

Ce modèle de la matière noire froide explique bien la façon dont la matière est répartie à très grande échelle dans l'Univers. Elle se rassemble dans des amas de galaxies qui forment des murs, des bulles, reliés les uns aux autres par de vastes filaments. Cependant, ce modèle connaît de plus en plus de problèmes à l'échelle des galaxies et des amas eux-mêmes.

Un million de milliards de masses solaires

Une équipe de chercheurs français, suisse et britanniques a pointé le télescope spatial Hubble en direction de dix amas de galaxies d'environ chacun un million de milliards de masses solaires. Dans ces amas, qui regroupent des milliers d'individus, trône systématiquement une galaxie très brillante et très massive, que les astronomes appellent BCG (pour brightest cluster galaxy, soit « la plus brillante galaxie de l'amas »).

Selon le modèle standard de la matière noire, les BCG doivent se trouver exactement au centre des amas de galaxies, parfaitement fixes. Pourquoi ? Parce que les amas baignent dans des halos de matière noire, dont la concentration augmente en flèche à mesure que l’on s’approche de leur centre. Toutes massives qu'elles soient, les BCG sont facilement immobilisées par la force gravitationnelle de la matière noire !

Pourtant, ce n'est pas le cas, comme le montre l'étude menée grâce à Hubble. Dans les dix amas étudiés, la plus brillante et plus massive des galaxies n'est jamais exactement au centre. Elle s’en écarte même parfois de plusieurs dizaines de milliers d'années-lumière. Tout se passe en réalité comme si les BCG se balançaient autour du centre de l'amas.

Une matière noire différente

Pour les chercheurs, ce comportement indique que les BCG ne sont pas aussi bien « tenues » par la force de gravité de la matière noire qu'elles le devraient. Autrement dit : la matière noire est moins concentrée au centre que ne le prévoient les modèles. Ses propriétés sont différentes de ce que l'on pensait. En particulier, la matière noire interagit peut-être avec elle-même, comme l'ont déjà suggéré de précédentes observations de Hubble...

Si ce comportement se confirme dans d'autres amas, il sera difficile de continuer à soutenir l'existence de la matière noire froide telle qu'on l'imagine actuellement. D'autant que, dans les laboratoires, les expérimentateurs ne sont toujours pas parvenus à la mettre en évidence (lire « Matière noire : il est temps de sortir de l'impasse », par l'astrophysicien des particules Pierre Salati, C&E n°554).

À partir de 2020, la mission européenne Euclid observera non pas une dizaine, mais des milliers d'amas de galaxies semblables à ceux observés par Hubble. Les astrophysiciens attendent son lancement avec impatience.

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