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    Les amas de matière noire pourraient révéler la nature de l'énergie noire

    Les lentilles gravitationnelles dans les amas de galaxies comme Abell 370 aident les scientifiques à mesurer la distribution de la matière noire. Crédit :NASA, ESA, l'équipe Hubble SM4 ERO et ST-ECF

    Les scientifiques espèrent comprendre l'un des mystères les plus durables de la cosmologie en simulant son effet sur le regroupement des galaxies.

    Ce mystère est l'énergie noire - le phénomène que les scientifiques supposent provoque l'expansion de l'univers à un rythme toujours plus rapide. Personne ne sait rien de l'énergie noire, sauf que ça pourrait être, en quelque sorte, faire sauter à peu près tout.

    Pendant ce temps, l'énergie noire a un cousin tout aussi louche - la matière noire. Cette substance invisible semble s'être regroupée autour des galaxies, et les empêchant de se séparer, en leur conférant une force gravitationnelle supplémentaire.

    Un tel effet de regroupement est en concurrence avec l'expansion accélérée de l'énergie noire. Pourtant, étudier la nature précise de cette compétition pourrait faire la lumière sur l'énergie noire.

    "De nombreux modèles d'énergie noire sont déjà exclus avec les données actuelles, " a déclaré le Dr Alexander Mead, cosmologiste à l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver, Canada, qui travaille sur un projet appelé Halo modelling. "J'espère qu'à l'avenir nous pourrons en exclure plus."

    Lentille gravitationnelle

    Actuellement, la seule façon d'observer la matière noire est de rechercher les effets de son attraction gravitationnelle sur d'autres matières et lumière. Le champ gravitationnel intense qu'il produit peut provoquer une distorsion et une courbure de la lumière sur de grandes distances - un effet connu sous le nom de lentille gravitationnelle.

    En cartographiant la matière noire dans des parties éloignées du cosmos, les scientifiques peuvent déterminer combien il y a de regroupement de matière noire - et en principe comment ce regroupement est affecté par l'énergie noire.

    Le lien entre la lentille gravitationnelle et l'agrégation de matière noire n'est pas simple, toutefois. Pour interpréter les données des télescopes, les scientifiques doivent se référer à des modèles cosmologiques détaillés – des représentations mathématiques de systèmes complexes.

    Le Dr Mead développe un modèle de clustering qui, espère-t-il, sera suffisamment précis pour faire la distinction entre différentes hypothèses d'énergie noire.

    "Une analogie que j'aime beaucoup est avec la turbulence. Dans un écoulement de fluide turbulent, vous pouvez parler de courants et de tourbillons, qui sont de belles paroles, mais la réalité de la façon dont le fluide dans un tuyau passe d'un écoulement calme à un écoulement turbulent est extrêmement compliquée."

    Cinquième force

    L'une des théories les plus exotiques est que l'énergie noire est le résultat d'une cinquième force jusqu'alors non détectée, en plus des quatre forces connues de la nature :la gravité, électromagnétisme, et les forces nucléaires fortes et faibles à l'intérieur des atomes.

    Une hypothèse plus courante pour l'énergie noire, cependant, est connu comme la constante cosmologique, qui a été proposé par Albert Einstein dans le cadre de sa théorie de la relativité générale. On pense souvent qu'il décrit une mer omniprésente de particules virtuelles qui surgissent et disparaissent continuellement dans l'univers.

    Une façon d'écarter l'hypothèse de constante cosmologique, bien sûr, est de prouver que l'énergie noire n'est pas constante du tout. C'est l'objectif du Dr Pier Stefano Corasaniti de l'Observatoire de Paris en France, qui - dans un projet appelé EDCS - aborde le regroupement de la matière noire dans une direction différente.

    Au lieu d'essayer de modéliser le regroupement à partir de données de lentilles gravitationnelles, il commence spécifiquement par une dynamique - c'est-à-dire, non constant – hypothèse d'énergie noire, et essayer de prédire comment la matière noire se regrouperait si tel était le cas.

    Pousser les limites

    Il y a, en principe, l'énergie noire peut varier à l'infini dans l'espace et dans le temps, bien que de nombreuses théories aient déjà été écartées par les observations existantes. Le Dr Corasaniti concentre ses simulations sur les types d'énergie noire dynamique qui repoussent les limites de ces limites d'observation, ouvrant la voie à des tests avec de futures expérimentations.

    Les simulations, qui retracent l'évolution de nombreux, Particules de matière noire "N-corps", nécessitent des supercalculateurs fonctionnant pendant de longues périodes, traitant plusieurs pétaoctets (un milliard de millions d'octets) de données.

    "Nous avons exécuté parmi les plus grandes simulations cosmologiques à N corps jamais réalisées, " a déclaré le Dr Corasaniti.

    Les simulations du Dr Corasaniti prédisent que la façon dont l'énergie noire évolue au fil du temps devrait affecter le regroupement de la matière noire. Cette, à son tour, modifie l'efficacité avec laquelle les galaxies se forment d'une manière qui ne serait pas le cas avec une énergie noire constante.

    Les prédictions de ses modèles pourraient être testées à l'aide de futurs télescopes tels que le Large Synoptic Survey Telescope au Chili et le Square Kilometer Array en Australie et en Afrique du Sud, ainsi que par des missions satellitaires telles que Euclid (EUropean Cooperation for LIghtning Detection) et WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope).

    "Si l'énergie noire s'avère être un phénomène dynamique, cela aura une profonde implication non seulement sur la cosmologie, mais sur notre compréhension de la physique fondamentale, " a déclaré le Dr Corasaniti.


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