Matière noire : comment le minuscule télescope de l’ESA en révélera plus sur ce mystère
L’Agence spatiale européenne a récemment annoncé une nouvelle mission de son programme scientifique : un petit télescope en orbite autour de la Terre, baptisé Arrakhis.
L’Agence spatiale européenne (ESA) a récemment annoncé une nouvelle mission de son programme scientifique : un petit télescope en orbite autour de la Terre, baptisé Arrakhis. Mais bien que son nom soit inspiré du roman de science-fiction Dune, il ne sera pas à la recherche de vers de sable ou d’“épices” sur une planète désertique.
Au contraire, ce satellite agile se surpassera et tentera de traquer l’une des substances les plus insaisissables et les plus mystérieuses de l’univers : la matière noire. Ce terme désigne une hypothétique matière invisible qui serait plus abondante que la matière normale et aurait un effet gravitationnel similaire sur son environnement.
La mission est classée comme rapide (F), ce qui signifie qu’elle est plus petite, plus ciblée et a un délai d’exécution plus rapide (moins de dix ans avant le lancement) que les autres types de missions de l’ESA. La précédente mission F de l’agence, sélectionnée en 2019, s’appelle Comet Interceptor. Déjà stationnée en un point stable du système solaire, cette sonde attend qu’une comète se présente et la survole, ce qui devrait se produire à peu près au moment du lancement d’Arrakhis, au début des années 2030.
Suivre la lumière
Comme la matière noire échappe encore à la détection, la mission ciblera des sources de lumière qui y sont sensibles. Nous pensons que la matière normale – celle qui émet réellement de la lumière, comme les étoiles dans les galaxies – se déplace principalement sous l’influence de la matière noire, qui est plus abondante.
Nous pensons que des galaxies entières sont déplacées d’avant en arrière par la matière noire sous-jacente, comme des balises réparties sur un océan invisible. Leur navigation est cependant cahoteuse, car la matière noire est censée être répartie de manière inégale dans l’univers, formant une “toile cosmique” sur de vastes distances, et ayant un aspect plus agglutiné à l’échelle des galaxies. Certains de ces amas devraient être peuplés de petites galaxies appelées galaxies naines, tandis que d’autres seraient entièrement constitués de matière noire.
Il y a également des débris laissés par les galaxies naines qui s’aventurent trop près des galaxies hôtes autour desquelles elles gravitent. Comme la matière noire environnante déchire ces galaxies par des marées gravitationnelles, elles commencent à se défaire en longs courants d’étoiles qui s’enroulent autour de vastes étendues d’espace. Ces minces voiles de lumière constituent un autre lien avec l’invisible. En comptant et en mesurant leurs formes, nous pouvons déduire de quel type de particules sombres la matière est faite – et finalement, quel modèle cosmologique est le plus précis.
L’agglutination dans l’espace est une prédiction solide de nos modèles cosmologiques, car elle représente simplement le résultat de la gravité agissant sur la matière. Cependant, nos modèles donnent des prédictions contradictoires sur le nombre de ces amas, qui pourrait être plus ou moins élevé selon le type de particule ou les particules dont on suppose que la matière noire est composée.
Dans le modèle “standard” de la cosmologie, les particules de matière noire sont supposées être “froides”, ce qui signifie qu’elles sont lourdes et se déplacent lentement (un exemple serait les “particules massives à faible interaction”, ou Wimps). Cela implique que notre Voie lactée contiendrait des centaines d’amas de matière noire, dont certains contiendraient des galaxies naines. Mais le problème est que nous ne voyons que quelques dizaines de galaxies naines autour de nous, ce qui est très déroutant. Cela pourrait signifier que la plupart de ces amas sont constitués de matière noire.
Les cosmologistes ont cependant d’autres idées viables. Par exemple, si la matière noire est “chaude” – ce qui signifie que les particules sont beaucoup plus légères et rapides, comme les neutrinos stériles – il y aurait beaucoup moins d’amas, pour commencer. Les observations peuvent nous donner un dernier indice pour déterminer quel modèle est le bon, mais pour y parvenir, nous avons d’abord besoin d’un recensement précis des galaxies naines en orbite autour de la Voie lactée.
La partie visible de l’iceberg
Tout porte à croire que les galaxies naines découvertes jusqu’à présent à proximité de la Voie lactée ou d’autres grandes galaxies ne sont que la partie émergée de l’iceberg, et que beaucoup d’autres restent cachées derrière la lumière de leurs hôtes. Arrakhis sera en mesure de découvrir cette population manquante même à de grandes distances de nous.
L’observation de cette faible lumière stellaire s’est avérée difficile, même pour les plus grands télescopes de la Terre, car elle nécessite une imagerie très profonde et la surveillance de grandes portions du ciel. En outre, l’atmosphère terrestre constitue un obstacle. Arrakhis observera depuis l’espace, avec une caméra innovante qui sonde plus profondément la partie optique et le proche infrarouge du spectre, et avec un champ de vision beaucoup plus large. (Soit dit en passant, ce type de caméra peut également observer la Terre avec une excellente résolution).
La centaine de systèmes semblables à la Voie lactée qui seront observés se trouvent à environ 100 millions d’années-lumière, où seules quelques galaxies naines ont été découvertes jusqu’à présent, et aucun courant stellaire. Lorsque nous connaîtrons le nombre de galaxies naines bientôt découvertes et leur répartition dans l’espace, nous devrions être en mesure de définir le bon modèle cosmologique.
Arrakhis trouvera bon nombre des pièces manquantes du puzzle que constitue la matière noire, complétant ainsi ce que nous savons déjà de l’univers proche et ce que nous apprendrons à l’avenir grâce à d’autres télescopes à venir, comme Euclid ou l’Observatoire Vera Rubin.
L’espoir est que ces observations détaillées et combinées révèlent enfin le mystère de la matière noire et nous aident à comprendre ce qui constitue la majorité de la matière dans le cosmos.
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Source : The Conversation – Traduit par Anguille sous roche
