Matière noire, une forme mystérieuse de matière qui représente environ 80 pour cent de la masse de l'univers, a échappé à la détection pendant des décennies. Bien qu'il n'interagisse pas avec la lumière, les scientifiques pensent qu'il est là en raison de son influence sur les galaxies et les amas de galaxies.

Il s'étend bien au-delà de la portée des étoiles les plus éloignées des galaxies, formant ce que les scientifiques appellent un halo de matière noire. Alors que les étoiles de la galaxie tournent en ordre, disque organisé, ces particules de matière noire sont comme un essaim d'abeilles, se déplaçant de manière chaotique dans des directions aléatoires, ce qui les maintient gonflés pour équilibrer l'attraction intérieure de la gravité.

Recherches antérieures dirigées par le boursier postdoctoral Eric Baxter; Bhuvnesh Jain, Walter H. et Leonore C. Annenberg professeur de sciences naturelles au département de physique et d'astronomie de la Penn's School of Arts and Sciences; et Chihway Chang de l'Université de Chicago a fourni la preuve que les halos de matière noire autour des amas de galaxies ont un avantage en raison de "l'effet de retour de flamme".

"Vous avez ce grand halo de matière noire qui entoure chaque amas de galaxies, " Baxter a dit, "Et il a accumulé de la matière gravitationnellement au cours de toute son histoire. Au fur et à mesure que cette matière est attirée, ça va de plus en plus vite. Quand il tombe enfin dans le halo, il fait demi-tour et commence à orbiter. Ce revirement est ce que les gens ont commencé à appeler splashback, parce que les choses rejaillissent dans un certain sens."

Alors que l'affaire « refait surface, " il ralentit. Parce que cet effet se produit dans de nombreuses directions différentes, cela conduit à une accumulation de matière juste au bord du halo et à une chute abrupte de la quantité de matière juste à l'extérieur de cette position.

Dans leur étude initiale, les chercheurs ont utilisé les données du Sloan Digital Sky Survey pour étudier la distribution des galaxies autour des amas. Dans une étude de suivi utilisant les données de la première année du Dark Energy Survey, les chercheurs ont utilisé une méthode différente appelée lentille gravitationnelle, qui profite d'un phénomène dans lequel la lumière venant vers un observateur se courbe lorsque la matière exerce une force gravitationnelle sur elle. En regardant le léger étirement des objets derrière les galaxies, les chercheurs peuvent mesurer directement le profil de masse, comment la masse est distribuée dans la galaxie.

« Il existe de nombreuses applications différentes de la lentille, " Jain a dit, "mais c'est celui où quelque chose est passé d'indétectable à détectable, donc c'est particulièrement excitant."

Dans un article à paraître dans le Journal d'astrophysique , les chercheurs ont montré que cette méthode produisait une compréhension des halos de matière noire qui est largement cohérente avec ce qu'ils ont vu en utilisant la lumière des amas de galaxies dans leur première étude.

"Nous poursuivions cette question de savoir si les halos de matière noire ont une frontière nette, " Jain a dit. " L'étalon-or pour établir ceci est de regarder directement la masse à travers une lentille gravitationnelle, ce qui n'a pas été fait avant maintenant. Avec la dernière compilation de données DES, nous voyons une image très similaire à ce que nous avons vu dans la distribution des galaxies."

Mesurer la lentille gravitationnelle est beaucoup plus difficile que de simplement mesurer la distribution des galaxies, dit Jain.

"Nous pouvons voir les galaxies facilement, on les prend juste en photo, " il a dit, "mais avec l'objectif gravitationnel, nous devons prendre des photos de beaucoup plus faibles, galaxies d'arrière-plan et mesurer comment celles-ci sont déformées de façon infime. C'est une mesure difficile."

Cela laisse plus de place à l'erreur dans les mesures, les rendant moins précis. Cependant, les résultats n'étaient basés que sur la première année d'observations du Dark Energy Survey. À la fin de l'enquête, il y aura quatre années supplémentaires de données pour les chercheurs à analyser. Cela leur permettra de faire des mesures plus précises, sonder directement la matière dans les galaxies et les amas de galaxies à l'aide de lentilles gravitationnelles. Des tests de matière noire seront alors possibles, puisque toute nouvelle interaction physique entre les particules de matière noire pourrait déplacer l'emplacement de l'éclaboussure.

"Nous pouvons nous attendre à une image plus claire des mystérieux halos de matière noire, " dit Jain.