(À gauche) La carte tridimensionnelle de la matière noire de l'univers déduite de l'une des six zones d'observation HSC est affichée en arrière-plan avec diverses nuances de bleu (les zones les plus lumineuses ont plus de matière noire). La carte a été déduite des distorsions des formes des galaxies dans les données HSC qui sont indiquées par des bâtons blancs. Les longueurs de bâton représentent la quantité de distorsion et l'angle du bâton correspond à la direction de la distorsion. (À droite) Les mesures sont rendues possibles par la lumière des galaxies lointaines qui voyage à travers l'univers et est déviée par la matière à différentes époques de l'univers, avant d'atteindre le télescope Subaru. Crédit :Projet HSC/UTokyo
La combinaison de la théorie de la relativité d'Einstein avec l'un des télescopes les plus puissants au monde a aidé une équipe internationale de chercheurs à mesurer où et comment les structures de matière noire se développent dans l'univers. Leur analyse suggère que les structures cosmiques pourraient évoluer plus lentement que prévu.
Une équipe dirigée par l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers a construit une carte de la matière noire tout au long de l'histoire de l'univers en analysant des images de plus de dix millions de galaxies. Les résultats semblent remettre en cause la compréhension actuelle des lois fondamentales de la physique.
"Si d'autres données montrent que nous avons définitivement raison, alors cela suggère que quelque chose manque à notre compréhension actuelle du modèle standard et de la théorie générale de la relativité, ", explique le physicien Chiaki Hikage.
Selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, la gravité déforme l'espace et le temps. À ce jour, cette théorie a prédit avec succès l'expansion de l'univers, l'existence de trous noirs, et la courbure de la lumière provenant d'objets stellaires distants. Si les cosmologistes confirment que l'univers observé évolue plus lentement que ne le prédit la théorie, cela signifierait qu'une branche entière de la physique n'a pas encore été découverte.
La matière noire est responsable de la formation des galaxies, et l'énergie noire est responsable de l'accélération de l'expansion continue de l'univers. Ensemble, ils représentent 95 pour cent de l'univers. Cartographier la densité de la matière noire dans l'univers d'aujourd'hui et reconstruire des cartes historiques de la matière noire remontant à 13 milliards d'années pourraient aider à étudier les changements de la matière noire au fil du temps. Une telle comparaison pourrait également élucider comment l'énergie noire a influencé la croissance de la matière noire dans l'univers.
Un plan fixe de la courte vidéo "HSC Mass Map" de Kavli IMPU montrant une carte 3D de la masse, y compris la matière noire, est distribué dans tout l'univers. Comme ce plan fixe le montre, les zones avec plus de masse sont représentées par des couleurs rouges et jaunes plus vives, et moins de masse représentée par le bleu et le noir. Crédit :Projet HSC
La matière noire n'est pas visible, mais ses effets peuvent être vus sur la forme des galaxies. Puisque la gravité de toute matière, y compris la matière noire invisible, courbe le chemin de la lumière, les galaxies lointaines semblent déformées pour les observateurs sur Terre. Les chercheurs peuvent calculer comment la matière noire est distribuée dans l'univers à travers les distorsions des galaxies.
Hikage et son équipe ont analysé les images de dix millions de galaxies de l'enquête Hyper Suprime-Cam (HSC). Cet appareil photo de 870 mégapixels, attaché au télescope Subaru de 8,2 mètres au sommet de Maunakea, Hawaii, scrute le ciel, dessiner une carte détaillée de l'univers. Il permet aux chercheurs d'étudier des galaxies à des milliards d'années-lumière de la Terre. Ces galaxies existaient il y a des milliards d'années, mais leur lumière n'atteint la Terre qu'aujourd'hui, permettant aux chercheurs d'étudier l'univers dès ses premiers balbutiements.
En utilisant les informations de ces images, les chercheurs ont pu créer la carte tridimensionnelle la plus détaillée de la matière noire de l'univers à ce jour. La carte était cohérente avec les études antérieures. Cependant, cela suggère également que les structures cosmiques pourraient évoluer plus lentement que prévu par d'autres équipes de recherche.
Hikage explique que davantage de données sont nécessaires. "Avec un peu plus de travail, si nous pouvons obtenir une meilleure précision, nous pourrions peut-être trouver quelque chose de concret. C'est un grand facteur de motivation pour moi."
Les chercheurs continueront d'analyser davantage de données de l'enquête HSC, les rapprochant de découvrir si la science doit réécrire ses règles sur l'univers.
