01/08/2024. Découverte récente concernant la matière noire (black matter)

Des astronomes font une découverte importante sur la matière noire

Des astronomes ont récemment fait une découverte majeure en observant une collision entre deux amas de galaxies. Cela a permis de mettre en évidence la présence de la matière noire, une substance invisible qui constitue une grande partie de l’univers. Cette observation fournit un aperçu précieux sur la manière dont cette substance mystérieuse interagit avec la matière ordinaire et permettra de mieux comprendre son rôle dans la structure cosmos.

La matière noire est une forme de matière qui, contrairement à la matière normale, n’émet ni ne reflète de lumière. Cela la rend invisible pour nos instruments de détection traditionnels. Il a été souvent dit par plaisanterie que si j’étais constitué de ce type de matière, vous ne me verriez pas même si nous déjeunions ensemble, mais vous pourriez me parler.

Sa présence est connue grâce à son effet gravitationnel sur les objets visibles comme les étoiles et les galaxies. La matière noire exerce une force gravitationnelle suffisante pour influencer la manière dont les galaxies se forment et se comportent. Sans elle, les galaxies se disperseraient et ne formeraient pas les grandes structures que nous observons aujourd’hui.

Selon les estimations, nous savons également désormais que la matière noire constitue environ 85 % de la matière totale de l’Univers et 27 % de sa masse-énergie totale. Toutefois, la nature de cette mystérieuse forme de matière demeure insaisissable.

Recherche de la matière noire

Des astronomes ont observé une collision entre deux amas de galaxies, appelés MACS J0018.5+1626. Ces amas sont situés à environ cinq milliards d’années-lumière de la Terre. Cela signifie que la lumière de ces amas a voyagé pendant cinq milliards d’années avant de nous atteindre.

Pour étudier cet événement, ils ont utilisé une variété de télescopes et d’observatoires. Parmi eux se trouvent les télescopes spatiaux Hubble et Chandra de la NASA, ainsi que d’autres instruments comme l’observatoire submillimétrique de Caltech, l’observatoire WM Keck et l’observatoire Planck. Ils ont fourni des données cruciales en capturant des images et en mesurant les émissions de lumière et de gaz.

Les données ont été collectées sur plusieurs années et ont nécessité une analyse complexe. Les astronomes ont examiné les changements dans la lumière provenant des étoiles et le comportement du gaz chaud pour déterminer comment la matière noire se déplace et interagit lors de telles collisions. Ils ont utilisé des phénomènes comme l’effet Sunyaev-Zel’dovich (SZ) qui mesure les décalages de la lumière cosmique causés par le gaz chaud en mouvement, pour évaluer la vitesse et la direction du mouvement des différents types de matière.

https://en.wikipedia.org/wiki/Sunyaev%E2%80%93Zeldovich_effect

Ils ont constaté que malgré la violence de la collision entre les amas de galaxies, les galaxies individuelles elles-mêmes sont restées relativement intactes. Ce phénomène peut être expliqué par l’immensité de l’espace entre les galaxies qui est suffisamment vaste pour qu’elles ne se percutent pas directement, même lors de telles collisions cosmiques. En revanche, les débris générés par la collision, tels que le gaz chaud et la matière normale, ont été fortement perturbés par l’impact. Le gaz, chauffé à des températures extrêmes, a été éjecté et dispersé, et les structures de matière normale ont été déformées par la force de la collision.

Ce qui rend cette observation particulièrement intéressante, c’est le comportement de la matière noire durant l’événement. Contrairement à la matière normale, la matière noire semble en effet avoir traversé les débris de la collision presque sans être affectée. Cette invisibilité en situation de collision est analogue à celle d’un fantôme traversant des objets physiques sans interagir avec eux. Ce phénomène est crucial, car il démontre que la matière noire n’interagit pas avec la matière normale de la même manière. Elle semble en effet ne pas subir les forces de friction et de pression qui affectent les particules classiques, ce qui lui permet de se déplacer indépendamment des perturbations causées par la collision.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude de cette substance. En comprenant mieux comment elle se comporte dans des situations extrêmes, les scientifiques espèrent en effet pouvoir dévoiler davantage de ses propriétés mystérieuses. Cette connaissance pourrait également nous aider à comprendre comment les grandes structures de l’Univers, comme les galaxies et les amas de galaxies, se sont formées et ont évolué.

L’étude est publiée dans The Astrophysical Journal. Voir ci-dessous

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Published June 20, 2024 |

ICM-SHOX. I. Methodology Overview and Discovery of a Gas–Dark Matter Velocity Decoupling in the MACS J0018.5+1626 Merger

Silich, Emily M., Elena Bellomi, Jack Sayers, John ZuHone, Urmila Chadayammuri, Sunil Golwala, David Hughes, et al. 2024..

Astrophysical Journal 968 (2): 74. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad3fb5.

Abstract

Galaxy cluster mergers are rich sources of information to test cluster astrophysics and cosmology. However, cluster mergers produce complex projected signals that are difficult to interpret physically from individual observational probes. Multi-probe constraints on the gas and dark matter (DM) cluster components are necessary to infer merger parameters that are otherwise degenerate. We present Improved Constraints on Mergers with SZ, Hydrodynamical simulations, Optical, and X-ray (ICM-SHOX), a systematic framework to jointly infer multiple merger parameters quantitatively via a pipeline that directly compares a novel combination of multi-probe observables to mock observables derived from hydrodynamical simulations. We report a first application of the ICM-SHOX pipeline to MACS J0018.5+1626, wherein we systematically examine simulated snapshots characterized by a wide range of initial parameters to constrain the MACS J0018.5+1626 merger geometry. We constrain the epoch of MACS J0018.5+1626 to the range 0–60 Myr post-pericenter passage, and the viewing angle is inclined ≈27°–40° from the merger axis. We obtain constraints for the impact parameter (≲250 kpc), mass ratio (≈1.5–3.0), and initial relative velocity when the clusters are separated by 3 Mpc (≈1700–3000 km s⁻¹). The primary and secondary clusters initially (at 3 Mpc) have gas distributions that are moderately and strongly disturbed, respectively. We discover a velocity space decoupling of the DM and gas distributions in MACS J0018.5+1626, traced by cluster-member galaxy velocities and the kinematic Sunyaev–Zel’dovich effect, respectively. Our simulations indicate this decoupling is dependent on the different collisional properties of the two distributions for particular merger epochs, geometries, and viewing angles.