Communiqué de presse

La matière noire pourrait être plus homogène qu’attendu

L’analyse détaillée d’une vaste zone du ciel photographiée par le VST révèle un curieux résultat

7 décembre 2016

L’analyse des résultats d’un vaste sondage galactique effectué au moyen du Télescope de Sondage qui équipe le VLT de l’ESO au Chili, laisse à penser que la matière noire pourrait être moins dense et distribuée de façon plus homogène qu’attendu au sein de l’Univers. Une équipe internationale a utilisé les données du sondage KiDS (Kilo Degree Survey) pour étudier les déviations que subit la lumière émise par 15 millions de galaxies distantes sous l’influence gravitationnelle de la matière aux plus grandes échelles de l’Univers. Les résultats obtenus paraissent en désaccord avec les données issues des observations du satellite Planck.

Une équipe internationale d’astronomes [1] menée par Hendrik Hildebrandt de l’Institut d‘Astronomie Argelander de Bonn en Allemagne, et Massimo Viola de l’Observatoire Leiden aux Pays-Bas, a analysé les images du sondage KiDS (Kilo Degree Survey) acquises au moyen du VST, le Télescope de Sondage  installé sur le VLT de l’ESO au Chili. Pour les besoins de cette analyse, l’équipe a utilisé des images du sondage relatives à cinq zones du ciel, couvrant une surface totale équivalant à 2200 fois la superficie de la pleine Lune [2] et constituées de quelque 15 millions de galaxies.

L’exceptionnelle qualité d’image qu’offre le VST sur le site de Paranal, combinée à l’utilisation de logiciels informatiques novateurs, a permis à l’équipe de mesurer, avec une précision rarement égalée, les effets du cisaillement cosmique. Il s’agit d’une subtile variante de l’effet de lentille gravitationnelle faible, soit de cette légère déviation que subit la lumière en provenance de lointaines galaxies lors de son passage à proximité de grandes quantités de matière, tels des amas de galaxies.

Le cisaillement cosmique résulte de l’action gravitationnelle, non pas d’amas de galaxies, mais de structures situées à plus grande échelle de l’Univers. La lumière s’en trouve également déviée, mais d’un facteur réduit. Pour pouvoir mesurer le très faible signal de cisaillement cosmique et en déduire la distribution spatiale de matière gravitationnelle, les astronomes doivent utiliser les données issues de sondages vastes et profonds à la fois, tel KiDS. Cette étude repose sur la cartographie d’une région très étendue du ciel – la plus étendue à ce jour à être analysée au moyen de cette technique.

Curieusement, les résultats de cette analyse semblent en désaccord avec les données d’observation du satellite Planck de l’Agence Spatiale Européenne, une mission spatiale phare dédiée à l’étude des propriétés fondamentales de l’Univers. A titre d’exemple, les mesures effectuées par l’équipe KiDS attribuent à la matière qui compose l’Univers un degré de morcellement – un paramètre cosmologique clé –nettement inférieur à celui déduit des données de Planck [3].

Massimo Viola d’expliquer : “Ce dernier résultat suggère que la matière noire qui compose la toile cosmique et représente le quart du contenu de l’Univers, est moins grumeleuse que nous le pensions.”

La matière noire résiste à toute détection. Seuls ses effets gravitationnels suggèrent son existence. Des études telle que celle-ci constituent le meilleur moyen, à l’heure actuelle, de déterminer la forme, l’échelle ainsi que la distribution spatiale de cette matière invisible.

Le surprenant résultat de cette étude questionne par ailleurs notre compréhension actuelle de l’Univers et de son évolution au cours des quelque 14 derniers milliards d’années. Un tel désaccord avec les résultats bien établis de Planck oblige les astronomes à revoir leur compréhension de certains des aspects fondamentaux de l’évolution de l’Univers.

Hendrik Hildebrandt ajoute : “Nos résultats permettront d’affiner les modèles théoriques retraçant l’évolution de l’Univers depuis sa création jusqu’à nos jours.”

L’analyse KiDS des données acquises par le VST constitue une étape importante. Toutefois, les télescopes à venir permettront d’effectuer des sondages toujours plus étendus et profonds du ciel.

Catherine Heymans de l’Université d’Edimbourg au Royaume-Uni et co-autrice de l’étude, ajoute : “Découvrir ce qui s’est passé depuis le Big Bang représente un défi complexe. Mais en poursuivant l’étude du ciel profond, nous pourrons mieux connaître le processus d’évolution de notre Univers.”

“Une étrange discordance avec la cosmologie de Planck se fait jour. Les missions à venir telle la mission spatiale EUCLID ou bien encore le Grand Télescope de Sondage Synoptique nous permettront de réitérer ces mesures et de mieux comprendre ce que l’Univers nous raconte réellement” conclut Konrad Kuijken (Observatoire Leiden, Pays Bas), principal instigateur du sondage KiDS.

Notes

[1] L’équipe internationale KiDS est composée de chercheurs exerçant en Allemagne, aux Pays-Bas, au Royaume-Uni, en Australie, en Italie, à Malte et au Canada.

[2] Cette surface équivaut à quelque 450 degrés carré, ce qui correspond à 1% de la totalité du ciel.

[3] Le paramètre mesuré est noté S₈. Sa valeur résulte de la combinaison de la taille des fluctuations de densité au sein d’une section de l’Univers et de la densité moyenne de cette même section. Les grandes fluctuations dans les régions de l’Univers caractérisées par une densité moindre ont des effets semblables à ceux générés par des fluctuations de plus faible amplitude au sein de régions plus denses, et les deux types de fluctuations ne peuvent être différenciées au moyen d’observations de l’effet de lentille faible. Le chiffre 8 se réfère par convention à la taille d’une cellule de 8 mégaparsecs.

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Ce travail de recherche a fait l’objet d’un article intitulé “KiDS-450: Cosmological parameter constraints from tomographic weak gravitational lensing”, par H. Hildebrandt et al., à paraître au sein des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

L’équipe est composée de H. Hildebrandt (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), M. Viola (Observatoire Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), C. Heymans (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Edimbourg, Royaume-Uni), S. Joudaki (Centre d’Astrophysique & de Calcul Numérique, Université de Technologie Swinburne, Hawthorn, Australie), K. Kuijken (Observatoire Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), C. Blake (Centre d’Astrophysique & de Calcul Numérique, Université de Technologie Swinburne, Hawthorn, Australie), T. Erben (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), B. Joachimi (University College de Londres, Londres, Royaume-Uni), D Klaes (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), L. Miller (Département de Physique, Université d’Oxford, Oxford, Royaume-Uni), C.B. Morrison (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), R. Nakajima (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), G. Verdoes Kleijn (Institut Astronomique Kapteyn, Université de Gröningen, Gröningen, Pays-Bas), A. Amon (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Edimbourg, Royaume-Uni), A. Choi (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Edimbourg, Royaume-Uni), G. Covone (Département de Physique, Université Federico II de Naples, Naples, Italie), J.T.A. de Jong (Observatoire Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), A. Dvornik (Observatoire Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), I. Fenech Conti (Institut des Sciences Spatiales et d’Astronomie (ISSA), Université de Malte, Msida, Malte; Département de Physique, Université de Malte, Msida, Malte), A. Grado (INAF – Observatoire Astronomique de Capodimonte, Naples, Italie), J. Harnois-Déraps (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Edimbourg, Royaume-Uni; Département de Physique et d’Astronomie, Université de Colombie Bitannique, Vancouver, Canada), R. Herbonnet (Observatoire Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), H. Hoekstra (Observatoire Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), F. Köhlinger (Observatoire Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas), J. McFarland (Institut Astronomique Kapteyn, Université de Gröningen, Gröningen, Pays-Bas), A. Mead (Département de Physique et d’Astronomie, Université de Colombie Britannique, Vancouver, Canada), J. Merten (Département de Physique, Université d’Oxford, Oxford, Royaume-Uni), N. Napolitano (INAF – Observatoire Astronomique de Capodimonte, Naples, Italie), J.A. Peacock (Institut d’Astronomie, Université d’Edimbourg, Edimbourg, Royaume-uni), M. Radovich (INAF – Observatoire Astronomique de Padoue, Padoue, Italie), P. Schneider (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), P. Simon (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), E.A. Valentijn (Institut Astronomique Kapteyn, Université de Gröningen, Gröningen, Pays-Bas), J.L. van den Busch (Institut Argelander dédié à l’Astronomie, Bonn, Allemagne), E. van Uitert (University College de Londres, Londres, Royaume-Uni) et L. van Waerbeke (Département de Physique et d’Astronomie, Université de Colombie Britannique, Vancouver, Canada).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel.

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Bonn, Germany
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Leiden, The Netherlands
Tél: +31 (0)71 527 8442
Courriel: viola@strw.leidenuniv.nl

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Institute for Astronomy, University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
Tél: +44 131 668 8301
Courriel: heymans@roe.ac.uk

Konrad Kuijken
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Tél: +31 715275848
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Courriel: kuijken@strw.leidenuniv.nl

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