Un nouveau regard sur les images de galaxies de Hubble pourrait être un pas vers la mise en lumière de la nature insaisissable de la matière noire, la matière inobservable qui constitue la majorité de l'univers, selon une étude publiée en ligne aujourd'hui dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

En utilisant les observations passées de Hubble de six amas de galaxies massifs dans le programme Frontier Fields, les astronomes ont démontré que la lumière intraamas (la lueur diffuse entre les galaxies d'un amas) trace le chemin de la matière noire, éclairant sa distribution avec plus de précision que les méthodes existantes qui observent la lumière des rayons X.

La lumière intraamas est le sous-produit des interactions entre les galaxies qui perturbent leurs structures; dans le chaos, les étoiles individuelles sont libérées de leurs amarres gravitationnelles dans leur galaxie d'origine pour se réaligner sur la carte de gravité de l'amas global. C'est aussi là que réside la grande majorité de la matière noire. La lumière aux rayons X indique où les groupes de galaxies entrent en collision, mais pas la structure sous-jacente du cluster. Cela en fait un traceur moins précis de la matière noire.

« La raison pour laquelle la lumière intraamas est un excellent traceur de matière noire dans un amas de galaxies est que la matière noire et ces étoiles formant la lumière intraamas flottent librement sur le potentiel gravitationnel de l'amas lui-même. même gravité, " a déclaré Mireia Montes de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney, Australie, qui est co-auteur de l'étude. "Nous avons trouvé une nouvelle façon de voir l'endroit où la matière noire devrait être, parce que vous tracez exactement le même potentiel gravitationnel. Nous pouvons éclairer, avec une très faible lueur, la position de la matière noire."

Montes souligne également que non seulement la méthode est précise, mais il est plus efficace dans la mesure où il n'utilise que l'imagerie profonde, plutôt que le plus complexe, techniques de spectroscopie chronophages. Cela signifie que plus d'amas et d'objets dans l'espace peuvent être étudiés en moins de temps, ce qui signifie plus de preuves potentielles de la composition de la matière noire et de son comportement.

« Cette méthode nous met en position de caractériser, de manière statistique, la nature ultime de la matière noire, ", a déclaré Montes.

"L'idée de l'étude est née en regardant les images vierges de Hubble Frontier Field, " a déclaré le co-auteur de l'étude Ignacio Trujillo de l'Institut d'astronomie des îles Canaries à Tenerife, Espagne, qui, avec Montes, avait étudié la lumière intra-amas pendant des années. "Les champs Hubble Frontier ont montré la lumière intra-amas avec une clarté sans précédent. Les images étaient inspirantes, " dit Trujillo. " Pourtant, Je ne m'attendais pas à ce que les résultats soient aussi précis. Les implications pour la future recherche spatiale sont très excitantes. »

"Les astronomes ont utilisé la distance de Hausdorff modifiée (MHD), une métrique utilisée dans la correspondance de forme, de mesurer les similitudes entre les contours de la lumière intracluster et les contours des différentes cartes de masse des clusters, qui sont fournies dans le cadre des données du projet Hubble Frontier Fields, hébergé dans les archives Mikulski pour les télescopes spatiaux (MAST). Le MHD est une mesure de la distance entre deux sous-ensembles. Plus la valeur de MHD est petite, plus les deux ensembles de points sont similaires. Cette analyse a montré que la distribution de la lumière intraamas observée dans les images de Hubble Frontier Fields correspondait mieux à la distribution de masse des six amas de galaxies que l'émission de rayons X, comme dérivé des observations archivées du spectromètre d'imagerie CCD avancé (ACIS) de l'observatoire de rayons X Chandra.

Au-delà de cette première étude, Montes et Trujillo voient de multiples opportunités d'étendre leurs recherches. Commencer, ils aimeraient augmenter le rayon d'observation dans les six groupes d'origine, pour voir si le degré de précision du traçage tient le coup. Un autre test important de leur méthode sera l'observation et l'analyse d'amas de galaxies supplémentaires par plus d'équipes de recherche, à ajouter à l'ensemble de données et à confirmer leurs conclusions.

Les astronomes attendent également avec impatience l'application des mêmes techniques avec de futurs télescopes spatiaux puissants comme le télescope spatial James Webb et WFIRST, qui disposera d'instruments encore plus sensibles pour résoudre la faible lumière intraamas dans l'univers lointain.

Trujillo aimerait tester la réduction de la méthode des amas de galaxies massifs aux galaxies simples. "Ce serait fantastique de faire cela à l'échelle galactique, par exemple explorer les halos stellaires. En principe, la même idée devrait fonctionner; les étoiles qui entourent la galaxie à la suite de l'activité de fusion devraient également suivre le potentiel gravitationnel de la galaxie, éclairant l'emplacement et la distribution de la matière noire."

Le programme Hubble Frontier Fields était une initiative d'imagerie profonde conçue pour utiliser la loupe naturelle de la gravité des amas de galaxies pour voir les galaxies extrêmement lointaines au-delà d'eux, et ainsi avoir un aperçu de l'univers primitif (lointain) et de l'évolution des galaxies depuis cette époque. Dans cette étude, la lumière diffuse intracluster était une gêne, obscurcissant partiellement les galaxies lointaines au-delà. Cependant, cette faible lueur pourrait finir par éclairer de manière significative l'un des grands mystères de l'astronomie :la nature de la matière noire.