De nouvelles contraintes cosmologiques sur la nature de la matière noire

La mystérieuse matière noire représente la majeure partie de la matière de l’Univers. La matière noire est invisible et ne se révèle que par ses effets gravitationnels. La matière noire n’a jamais été isolée en laboratoire, les chercheurs doivent donc s’appuyer sur des « expériences naturelles » pour l’étudier.

Un type d’expérience naturelle est une lentille gravitationnelle. Parfois, par hasard, deux objets situés à des distances différentes dans l’Univers se trouvent le long de la même ligne de visée lorsqu’ils sont vus de la Terre. Lorsque cela se produit, la courbure spatiale provoquée par la matière autour de l’objet au premier plan agit comme une lentille, courbant le trajet de la lumière provenant de l’objet en arrière-plan et créant une image lentille. Cependant, il est difficile d’atteindre la haute résolution pour détecter des amas de matière noire qui sont moins massifs que les galaxies dans les expériences naturelles, de sorte que la nature exacte de la matière noire a été mal définie.

Une équipe de chercheurs japonais dirigée par le professeur Kaiki Taro Inoue de l’Université de Kindai a utilisé ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pour étudier le système de lentilles gravitationnelles connu sous le nom de MG J0414+0534 en direction de la constellation du Taureau. Dans ce système, l’objet du premier plan ne forme pas une, mais quatre images de l’objet de l’arrière-plan en raison de la force gravitationnelle d’une galaxie massive agissant sur la lumière. Grâce à l’effet de courbure et à leur nouvelle méthode d’analyse des données, l’équipe a pu détecter les fluctuations de la répartition de la matière noire le long de la ligne de visée avec une résolution plus élevée que jamais, jusqu’à une échelle de 30 000 années-lumière.

Les nouvelles contraintes fournies par la distribution observée sont cohérentes avec les modèles pour les particules de matière noire à mouvement lent ou « froides ».

À l’avenir, l’équipe prévoit de limiter davantage la nature de la matière noire grâce à des observations supplémentaires.