Des scientifiques utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA ont assemblé la carte de matière noire la plus détaillée et la plus haute résolution jamais créée, révélant l'échafaudage gravitationnel caché qui a façonné la structure de l'univers sur des milliards d'années. La recherche, publiée lundi dans la revue Nature Astronomy, a analysé près de 800 000 galaxies observées pendant 255 heures dans le cadre du relevé COSMOS-Web, le plus vaste programme d'observation de la première année d'opérations scientifiques du télescope. La carte résultante offre le double de la résolution de toute carte de matière noire antérieure.
L'équipe internationale, codirigée par des chercheurs de l'Université de Durham, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse, a cartographié une région du ciel dans la constellation du Sextant couvrant une superficie environ 2,5 fois plus grande que la pleine Lune. En utilisant une technique appelée lentille gravitationnelle faible, les scientifiques ont mesuré comment la gravité de la masse invisible dévie la lumière d'environ 250 000 galaxies lointaines en arrière-plan, produisant des distorsions subtiles de forme qui révèlent la distribution de la matière invisible. La carte a résolu des structures de matière noire remontant à 8 à 10 milliards d'années, une période cruciale pour la formation des galaxies.
L'auteure principale Diana Scognamiglio, cosmologiste observationnelle au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, a déclaré que le télescope spatial James Webb est comme de nouvelles lunettes pour l'univers, permettant de voir des galaxies plus faibles et plus lointaines avec une netteté bien supérieure à tout ce qui existait auparavant. Elle a souligné que cette carte représente la plus grande carte de matière noire produite avec Webb et qu'elle est deux fois plus précise que toute carte de matière noire réalisée par d'autres observatoires. La carte a mesuré les formes de 129 galaxies par minute d'arc carrée, contenant environ 10 fois plus de galaxies que les cartes de la même région produites par les observatoires au sol et deux fois plus que celles réalisées par le télescope spatial Hubble.
Les résultats ont révélé une forte corrélation entre les amas de galaxies et les concentrations de matière noire dans toute la région cartographiée. Le professeur Richard Massey de l'Université de Durham a expliqué que partout où l'on trouve de la matière normale dans l'univers aujourd'hui, la matière noire est également présente. La recherche a démontré que la gravité de la matière noire a attiré la matière ordinaire vers elle tout au long de l'histoire cosmique, agissant effectivement comme la colonne vertébrale et le plan fondateur sur lequel les galaxies visibles se sont assemblées. Cela confirme les prédictions théoriques sur le rôle de la matière noire dans la structuration de l'architecture à grande échelle du cosmos.
Le relevé COSMOS-Web a examiné la même parcelle de ciel pendant 255 heures, s'appuyant sur une étude pionnière de 2007 qui avait produit la première carte détaillée de matière noire du même champ à l'aide du télescope spatial Hubble. Les données de Webb ont révélé des filaments, des amas et des sous-densités auparavant invisibles avec une clarté sans précédent. Les chercheurs ont réalisé cette percée en exploitant la sensibilité infrarouge de Webb, qui leur a permis de détecter et mesurer des galaxies bien plus lointaines et faibles que tout instrument précédent.
L'équipe prévoit d'étendre ces travaux en utilisant le futur télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, qui devrait cartographier la matière noire sur une zone 4 400 fois plus grande que la région COSMOS. Cependant, Roman n'égalera pas la résolution spatiale de Webb, ce qui signifie que des vues plus détaillées de la structure de la matière noire nécessiteront un télescope de prochaine génération tel que le Habitable Worlds Observatory proposé. L'étude représente une étape significative vers la construction d'une carte tridimensionnelle de la distribution de la matière noire dans l'univers observable.
La matière noire représente environ 27 pour cent du contenu total en masse et énergie de l'univers, mais ne peut être directement observée car elle n'émet, n'absorbe ni ne réfléchit la lumière. Son existence est déduite de ses effets gravitationnels sur la matière visible, le rayonnement et la structure à grande échelle du cosmos. Comprendre sa distribution est considéré comme essentiel pour expliquer comment les galaxies se sont formées et ont évolué au cours des 13,8 milliards d'années d'histoire de l'univers.
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