Matière noire : que révèle la nouvelle carte sur le cosmos ?

Une équipe internationale de chercheurs a créé la carte la plus grande et la plus détaillée de la distribution de la matière dite noire dans l'Univers.

Les résultats sont surprenants car ils montrent qu'elle est légèrement plus lisse et plus étendue que ce que les meilleures théories actuelles prédisent.

L'observation semble s'écarter de la théorie de la relativité générale d'Einstein, ce qui pose une énigme aux chercheurs.

Les résultats ont été publiés par la Dark Energy Survey Collaboration.

La matière noire est une substance invisible qui imprègne l'espace. Elle représente 80 % de la matière de l'Univers.

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Les astronomes ont pu déterminer où elle se trouvait car elle déforme la lumière des étoiles lointaines. Plus la distorsion est grande, plus la concentration de matière noire est importante.

Le Dr Niall Jeffrey, de l'École normale supérieure de Paris, qui a reconstitué la carte, indique que ce résultat pose un "vrai problème" pour la physique.

"Si cette disparité est vraie, alors peut-être qu'Einstein avait tort", explique-t-il à BBC News. "Vous pourriez penser que c'est une mauvaise chose, que la physique est peut-être brisée. Mais pour un physicien, c'est extrêmement excitant. Cela signifie que nous pouvons découvrir quelque chose de nouveau sur la façon dont l'Univers est réellement", dit-il.

Le professeur Carlos Frenk, de l'université de Durham, qui était l'un des scientifiques qui se sont appuyés sur les travaux d'Albert Einstein et d'autres pour développer la théorie cosmologique actuelle, confie qu'il avait des émotions mitigées en apprenant la nouvelle.

"J'ai passé ma vie à travailler sur cette théorie et mon cœur me dit que je ne veux pas la voir s'effondrer. Mais mon cerveau me dit que les mesures étaient correctes, et que nous devons envisager la possibilité d'une nouvelle physique", admet le professeur Frenk.

"Ensuite, mon estomac se crispe, car nous n'avons aucun terrain solide à explorer, car nous n'avons aucune théorie de la physique pour nous guider. Cela me rend très nerveux et craintif, car nous entrons dans un domaine totalement inconnu et qui sait ce que nous allons trouver", poursuit-il.

En utilisant le télescope Victor M Blanco au Chili, l'équipe à l'origine de ces nouveaux travaux a analysé 100 millions de galaxies.

La carte montre comment la matière noire s'étend dans l'Univers. Les zones noires sont de vastes zones de néant, appelées vides, où les lois de la physique pourraient être différentes. Les zones claires sont les endroits où la matière noire est concentrée. On les appelle "halos" car c'est en leur centre que se trouve notre réalité. En leur sein se trouvent des galaxies comme notre propre Voie lactée, qui brillent comme de minuscules joyaux sur une vaste toile cosmique.

Selon le Dr Jeffrey, qui fait également partie d'un département de l'University College London, la carte montre clairement que les galaxies font partie d'une structure invisible plus vaste.

"Personne dans l'histoire de l'humanité n'a été capable de regarder dans l'espace et de voir où se trouve la matière noire dans une telle mesure. Les astronomes ont été en mesure de construire des images de petites parcelles, mais nous avons dévoilé de nouvelles et vastes étendues qui montrent beaucoup plus de sa structure. Pour la première fois, nous pouvons voir l'Univers d'une manière différente".

Mais la nouvelle carte de la matière noire ne montre pas tout à fait ce que les astronomes attendaient. Ils ont une idée précise de la répartition de la matière 350 000 ans après le Big Bang, grâce à un observatoire orbital de l'Agence spatiale européenne appelé Planck. Il a mesuré le rayonnement encore présent à ce moment-là, appelé le fond diffus cosmologique, ou plus poétiquement, la "lueur de la création".

S'inspirant des idées d'Einstein, les astronomes, comme le professeur Frenk, ont élaboré un modèle pour calculer comment la matière devait se disperser au cours des 13,8 milliards d'années suivantes, jusqu'à aujourd'hui. Mais les observations réelles de la nouvelle carte sont fausses de quelques pour cent - elles montrent que la matière est répartie de manière légèrement trop uniforme.

En conséquence, le professeur Frenk pense que notre compréhension du cosmos pourrait connaître de grands changements.

"Nous avons peut-être découvert quelque chose de vraiment fondamental sur le tissu de l'Univers. La théorie actuelle repose sur des piliers très sommaires faits de sable. Et ce que nous voyons peut-être, c'est l'effondrement de l'un de ces piliers."

Mais d'autres, comme le professeur Ofer Lahav, de l'University College London, ont un point de vue plus conservateur.

"La grande question est de savoir si la théorie d'Einstein est parfaite. Elle semble passer tous les tests, mais avec quelques déviations ici et là. Peut-être que l'astrophysique des galaxies a juste besoin de quelques ajustements. Dans l'histoire de la cosmologie, il y a des exemples où les problèmes ont disparu, mais aussi des exemples où la pensée a changé. Il sera fascinant de voir si la "tension" actuelle en cosmologie conduira à un nouveau changement de paradigme", ajoute-t-il.

La collaboration DES regroupe plus de 400 scientifiques de 25 institutions dans sept pays.