On a observé des étoiles se déplaçant plus lentement que prévu aux confins de la Voie lactée – un mouvement ralenti que les scientifiques attribuent à une erreur dans notre carte des galaxies contenant de la matière noire. Historiquement, les vitesses spécifiques des étoiles situées en périphérie de ces galaxies ont constitué une preuve irréfutable de la présence de matière noire. En effet, les astronomes peuvent mesurer la «courbe de rotation» d’une galaxie, qui représente les vitesses orbitales des étoiles en fonction de leur distance au centre galactique.
En l’absence de matière noire (et donc d’influence gravitationnelle), les étoiles ralentiraient à mesure qu’elles s’éloigneraient du centre de la galaxie. Or, dans les années 1960 et au début des années 1970, les astronomes Vera Rubin et Kent Ford ont observé que les courbes de rotation des galaxies étaient plates. Autrement dit, la vitesse de rotation des étoiles ne diminuait pas avec la distance. Les scientifiques pensent que cela s’explique par la présence, autour des galaxies, de halos de matière noire. Ces halos seraient plus denses au centre de la galaxie ; c’est la gravité de cette matière noire qui maintiendrait les étoiles en mouvement.
Mais voilà le problème: comme nous sommes situés à l’intérieur de notre galaxie et que nous n’en avons pas une vue d’ensemble, mesurer la courbe de rotation de notre galaxie lactée s’est avéré être une tâche plus ardue.
Des informations précises sur les distances sont nécessaires pour déterminer l’éloignement des étoiles situées en périphérie de la galaxie. En 2019, Anna-Christina Eilers, du Massachusetts Institute of Technology (MIT), a dirigé une équipe de recherche qui a utilisé la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne (ESA) pour cartographier les vitesses orbitales d’étoiles jusqu’à 80 000 années-lumière du centre galactique. Conformément aux attentes, les chercheurs ont observé une courbe de rotation plate, avec une diminution de vitesse à peine perceptible uniquement pour les étoiles les plus éloignées de l’échantillon. Les résultats de cette étude ont été publiés le 8 janvier 2025 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
La Voie lactée, vue depuis notre position en son sein par le vaisseau spatial Gaia. ESA/Gaia/DPAC ; CC BY-SA 3.0 IGO.
Cependant, de nouveaux résultats combinant les mesures de Gaia avec les données d’APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), un télescope terrestre situé au Nouveau-Mexique, aux États-Unis, qui mesure les propriétés physiques des étoiles pour estimer plus précisément leur distance, ont effectivement permis de mesurer la courbe de rotation de la Voie lactée pour des étoiles situées à des distances beaucoup plus grandes qu’auparavant, jusqu’à environ 100 000 années-lumière.
«Ce qui nous a vraiment surpris, c’est que cette courbe soit restée plate sur une certaine distance, puis qu’elle ait commencé à chuter brutalement», a déclaré Lina Nesib, professeure agrégée de physique au MIT, dans un communiqué. «Cela signifie que les étoiles extérieures tournent légèrement plus lentement que prévu, ce qui est un résultat tout à fait inattendu.»
Voir aussi... Les scientifiques nourrissent de grands espoirs concernant les grottes lunaires Étude des organes sensoriels en conditions de microgravité: méthodes et résultats en 2026 |
«À ces distances, nous sommes tout près de la limite de la galaxie, là où les étoiles commencent à s’estomper», a ajouté Anna Froebel du Massachusetts Institute of Technology dans le même communiqué. «Personne n’a étudié comment la matière se déplace dans cette partie extérieure de la galaxie, où nous sommes essentiellement plongés dans le vide.»
La diminution de la vitesse orbitale à ces distances indique que la quantité de matière noire au centre de notre galaxie est inférieure aux prévisions. L’équipe de recherche décrit le halo de matière noire de la galaxie comme un «noyau», rappelant quelque peu la forme d’une pomme. Elle avance également que la gravité exercée par la matière noire présente à cet endroit est insuffisante pour s’étendre jusqu’à 100 000 années-lumière et maintenir le mouvement des étoiles à la même vitesse.
«Ce résultat est en contradiction avec d’autres mesures», a déclaré Nesib. «Il y a un problème quelque part, et il sera très intéressant de déterminer exactement où, afin d’obtenir une image vraiment complète de la Voie lactée.»
Selon Necib, la prochaine étape consiste à utiliser des simulations informatiques de haute fidélité pour modéliser différentes distributions de matière noire au sein de notre galaxie, afin de déterminer laquelle reproduit le mieux la courbe de rotation décroissante. Les modèles de formation des galaxies pourraient alors tenter d’expliquer comment la Voie lactée a acquis sa distribution unique de matière noire sans noyau, et pourquoi d’autres galaxies ne l’ont pas acquise.
Une faible lueur dans la Voie lactée pourrait être une trace de matière noire. Le mystère vieux d’un siècle de la matière noire, censée assurer la cohésion des galaxies, a reçu un nouvel éclairage.
Les scientifiques affirment être sur le point de confirmer l’existence de cette substance insaisissable grâce à de nouveaux modèles qui suggèrent que la faible lueur au centre de la Voie lactée pourrait être un signe longtemps recherché de matière noire.
La matière noire, qui représente environ 27% de toute la matière de l’univers, demeure l’un des plus grands mystères de la cosmologie. Elle n’absorbe ni ne réfléchit la lumière, la rendant totalement invisible aux télescopes. Malgré des décennies d’expériences, des détecteurs de particules souterrains aux observatoires spatiaux en orbite, les scientifiques ne sont pas encore parvenus à la détecter directement. Cependant, de nouveaux modèles informatiques développés par l’équipe de Mourou pourraient nous rapprocher de la résolution de ce mystère. Ces résultats ont été présentés dans un article publié le 16 octobre 2025 dans la revue Physical Review Letters.
Ces découvertes suggèrent que la matière noire située près du centre de la Voie lactée ne forme pas une sphère parfaite, comme les scientifiques l’ont longtemps cru. Elle apparaît plutôt aplatie, presque ovoïde, une forme qui correspond étroitement au spectre des mystérieux rayons gamma observés par le télescope spatial Fermi de la NASA.
Cela confirme les résultats des recherches entamées en 2008, lorsque le télescope Fermi a détecté pour la première fois une large lueur diffuse de lumière de haute énergie près du noyau galactique, s’étendant sur environ 7 000 années-lumière. Le signal était beaucoup plus intense que ce que les modèles existants pouvaient expliquer.
Voir aussi... |
Certains scientifiques ont suggéré que ces faisceaux pourraient être un sous-produit des collisions et des annihilations de particules de matière noire invisibles, appelées WIMPs (pour «particules massives interagissant faiblement»). D’autres ont avancé qu’ils proviennent de vestiges stellaires en rotation rapide, les pulsars millisecondes : d’anciennes étoiles à neutrons en rotation rapide qui émettent des faisceaux de rayonnement semblables à des phares cosmiques.
La théorie des pulsars paraissait plausible car le rayonnement gamma y apparaissait plat et convexe, à l’image de la région centrale étoilée de la Voie lactée. Si la matière noire était à l’origine de cette lueur, les scientifiques s’attendraient à une forme plus lisse et plus arrondie.
Ce panorama s’étend sur 300 années-lumière au cœur de notre galaxie, la Voie lactée. Pourrait-il y avoir des traces de matière noire quelque part là-bas ? NASA
Mourou et son équipe ont décidé de tester ces deux hypothèses. À l’aide de puissants supercalculateurs, ils ont reconstitué la formation de la Voie lactée, notamment des milliards d’années de collisions et de fusions violentes avec des galaxies plus petites. Les chercheurs ont découvert que ces événements cataclysmiques ont profondément marqué la distribution de la matière noire au cœur de la galaxie.
D’après cette nouvelle étude, compte tenu de cette histoire complexe, le halo de matière noire simulé n’apparaît plus sphérique. Il prend plutôt une forme aplatie, ovoïde, cohérente avec le spectre de rayons gamma observé par le télescope Fermi.
Les données obtenues suggèrent que la matière noire demeure une hypothèse plausible pour expliquer la lueur mystérieuse de la Voie lactée. Cependant, les chercheurs précisent que cela n’exclut pas totalement l’existence des pulsars. Les deux possibilités, concluent les scientifiques, sont désormais «pratiquement indiscernables».
Si cet excès provient effectivement de collisions de matière noire, il s’agirait de la première preuve indirecte de l’existence des particules WIMP, l’un des principaux candidats à la matière noire.
Des réponses définitives pourraient émerger vers la fin des années 2020, lorsque l’Observatoire du Télescope Cherenkov (CTAO) commencera à scruter le ciel depuis ses deux sites au Chili et en Espagne. Selon les chercheurs, cet instrument sera capable d’observer les rayons gamma avec une résolution bien supérieure à celle de Fermi, ce qui pourrait leur permettre de distinguer les essaims de pulsars de haute énergie des particules de matière noire s’annihilant, de plus basse énergie.
Mourou a ajouté que les observations de rayons gamma provenant de petites galaxies naines orbitant autour de la Voie lactée, dont les noyaux abritent également d’importants amas de matière noire, pourraient permettre de tester plus avant ces deux hypothèses. Les scientifiques sont convaincus de l’existence de la matière noire. Sa détection demeure sans doute l’un des défis les plus complexes et les plus passionnants de la physique moderne.
Commenter sur Facebook* Le propriétaire de la société Meta est considéré comme extrémiste en Russie et fait l’objet d’une interdiction.Voir aussi... Liste complète des gestionnaires d'événements HTML/Javascript avec exemples Liste des documents requis pour un site Web en Fédération de Russie |
