Les astronomes utilisant un puissant quasar pour étudier une énorme vrille invisible pleine de gaz surchauffé disent qu'ils ont peut-être finalement découvert la matière détectable «manquante» de l'univers.

Les résultats, publié dans la revue La nature , résoudre un mystère vieux de plusieurs décennies et pourrait aider les scientifiques à sonder davantage la structure et l'évolution du cosmos.

Tous les atomes des étoiles, les galaxies et les planètes existantes représentent environ 5% de la densité masse-énergie du cosmos. L'écrasante majorité, environ 70 pour cent, est composé d'énergie noire - un mystérieux, force répulsive qui fait que l'univers s'étend de plus en plus vite. Le quart restant est constitué de matière noire - invisible, substance intouchable dont la présence ne peut être ressentie que par son influence gravitationnelle sur les échelles galactiques. La matière noire relie les amas de galaxies avec des vrilles massives, formant une toile cosmique qui sert de squelette invisible à l'univers.

Les scientifiques ont estimé ces parts en grande partie en utilisant deux méthodes différentes, a déclaré le co-auteur de l'étude J. Michael Shull, astrophysicien à l'Université du Colorado, Rocher. Il y a de nombreuses années, les chercheurs ont calculé à peu près la quantité de matière qui se serait formée à la suite du "big bang" qui a donné naissance à l'univers. Les astronomes ont également étudié le fond diffus cosmologique – la plus ancienne lumière de l'univers, qui imprègne tout le ciel - et a trouvé à peu près les mêmes proportions de matière normale, matière noire et énergie noire.

Cette petite tranche de matière normale que nous pouvons détecter directement, que les scientifiques appellent matière baryonique, est la quantité la plus connue des trois :elle émet de la lumière (comme le soleil) ou la réfléchit (comme la lune), le rendant visible pour nous ou détectable par les télescopes. Et pourtant, il présente aussi son propre mystère, car pendant des décennies, les scientifiques n'ont pas pu tout trouver.

"Il y a plus de 20 ans, les gens ont remarqué que si vous additionniez toute la lumière des étoiles et toute la masse des galaxies qui vont avec cette lumière des étoiles, vous n'obtenez qu'environ 10 % de ces 5 % de matière ordinaire, " a déclaré Shull. " Il y avait donc un problème de 'matière manquante' remontant à plus de 20 ans :où est le gaz, où sont les baryons, qui ne se sont pas effondrés en étoiles et galaxies ?"

"C'est pourquoi nous nous en sommes inquiétés, " Il a ajouté. " Cela va vraiment au cœur des prédictions clés de la cosmologie sur le big bang. "

Les chercheurs ont lentement comblé cet écart en ajoutant au recensement tous les éléments chauds, gaz diffus dans les énormes halos des galaxies et des amas de galaxies encore plus grands. Mais ils se sont demandé si une plus grande partie de la matière manquante n'était pas en fait suspendue dans les énormes filaments de matière noire qui composent la toile cosmique.

Voici le problème de trouver cette matière manquante :elle serait principalement composée d'hydrogène, l'élément le plus simple et de loin le plus abondant dans l'univers. Lorsque les atomes d'hydrogène sont ionisés, ils peuvent devenir invisibles aux longueurs d'onde optiques, ce qui les rend très difficiles à détecter.

Heureusement, si un nuage d'hydrogène ionisé se trouve entre la Terre et une source de lumière ultraviolette, que l'hydrogène va absorber certaines longueurs d'onde, laissant une empreinte chimique distincte que les astronomes peuvent détecter une fois qu'elle atteint leurs télescopes. Shull et ses collègues ont ajouté au recensement en trouvant ce gaz ionisé.

Le problème est qu'à mesure que le gaz devient de plus en plus chaud, disons, au-dessus d'un million de degrés Kelvin, l'hydrogène ionisé cesse de laisser un signal clair dans l'ultraviolet. Ainsi, pour cet article, les chercheurs ont également ciblé des ions oxygène beaucoup plus rares, et recherché leur empreinte digitale dans les rayons X, qui sont des longueurs d'onde de la lumière beaucoup plus énergétiques.

Les scientifiques ont utilisé le télescope spatial à rayons X XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne pour étudier le quasar BL Lacertae 1ES 1553+113, un actif, trou noir supermassif au centre d'une galaxie. Les quasars engloutissent la matière et brillent dans de nombreuses longueurs d'onde de la lumière, des ondes radio aux rayons X. Ces phares célestes peuvent essentiellement rétro-éclairer le matériau qui croise le chemin du faisceau, tout comme un faisceau de lampe de poche éclaire des grains de poussière invisibles dans l'air.

Étudier l'empreinte chimique de l'oxygène dans les rayons X de la lumière du quasar, les scientifiques ont trouvé une grande quantité de gaz intergalactique extrêmement chaud - à tel point qu'ils calculent que ce gaz pourrait représenter jusqu'à 40 pour cent de la matière baryonique du cosmos, ce qui pourrait suffire à expliquer la matière manquante.

Les chercheurs pensent que ces ions ont peut-être commencé dans le cœur d'étoiles devenues supernova, et ont été jetés hors de leurs galaxies d'origine par ces morts stellaires explosives. Ils peuvent avoir été surchauffés par des chocs. Les atomes doivent interagir les uns avec les autres pour rayonner de l'énergie, et parce que les atomes individuels dans ce gaz clairsemé étaient si éloignés les uns des autres, incapables de se toucher, ils sont restés extrêmement chauds.

Taotao Fang de l'Institut de recherche de Jiujiang en Chine, qui n'a pas participé à l'étude, a indiqué quelques explications alternatives possibles, y compris que le signal de gaz ionisé peut provenir de l'intérieur d'une galaxie plutôt que d'un gaz intergalactique intégré dans un filament de matière noire.

Toujours, Fang a écrit dans un commentaire, les découvertes "offrent un aperçu alléchant de l'endroit où se cachaient les baryons disparus insaisissables".

L'étape suivante, Shull a dit, est de répéter ces observations en utilisant d'autres quasars, pour voir si la part de matière baryonique qu'ils ont trouvée tient dans d'autres parties du ciel.

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