Une méthode de pesée des quantités de matière dans les amas de galaxies - les plus gros objets de notre univers - a montré un équilibre entre les quantités de gaz chaud, étoiles et autres matériaux.

Les résultats sont les premiers à utiliser des données d'observation pour mesurer ce bilan, qui a été théorisé il y a 20 ans, et donnera un nouvel aperçu de la relation entre la matière ordinaire qui émet de la lumière et la matière noire, et sur la façon dont notre univers est en expansion.

Les amas de galaxies sont les plus gros objets de l'univers, chacun composé d'environ 1, 000 galaxies massives. Ils contiennent de grandes quantités de matière noire, ainsi que du gaz chaud et de la "matière ordinaire plus froide", " comme les étoiles et le gaz plus frais.

Dans une nouvelle étude, Publié dans Communication Nature , une équipe internationale dirigée par des astrophysiciens de l'Université du Michigan aux États-Unis et de l'Université de Birmingham au Royaume-Uni a utilisé les données du Local Cluster Substructure Survey (LoCuSS) pour mesurer les connexions entre les trois principaux composants de masse qui composent les amas de galaxies :la matière noire , gaz chaud, et étoiles.

Les membres de l'équipe de recherche avaient passé 12 ans à recueillir des données, qui couvrent un facteur de 10 millions de longueur d'onde, en utilisant les satellites Chandra et XMM-Newton, l'enquête ROSAT All-sky, Télescope Subaru, Télescope infrarouge du Royaume-Uni (UKIRT), Télescope Mayall, le réseau Sunyaev Zeldovich, et le satellite Planck. En utilisant des modèles statistiques et des algorithmes sophistiqués construits par le Dr Arya Farahi au cours de ses études de doctorat à l'Université du Michigan, l'équipe a pu conclure que la somme du gaz et des étoiles à travers les amas étudiés est une fraction presque fixe de la masse de matière noire. . Cela signifie que lorsque les étoiles se forment, la quantité de gaz chaud disponible diminuera proportionnellement

"Cela valide les prédictions de la théorie dominante de la matière noire froide. Tout est cohérent avec notre compréhension actuelle de l'univers, " a déclaré le Dr Farahi, actuellement boursier postdoctoral McWilliams au Département de physique de l'Université Carnegie Mellon.

Dr Graham Smith de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Birmingham et chercheur principal de LoCuSS, dit :« Une certaine quantité de matière dans l'univers s'effondre pour former des amas de galaxies.

"Mais une fois qu'ils sont formés, ces grappes sont des « boîtes fermées ». Le gaz chaud a soit formé des étoiles, ou reste encore sous forme de gaz, mais la quantité globale reste constante."

"Cette recherche est alimentée par plus d'une décennie d'investissements dans les télescopes, " ajoute le professeur August E. Evrard, de l'Université du Michigan. « En utilisant ces données de haute qualité, nous avons pu caractériser 41 amas de galaxies proches et trouver une relation particulière, comportement spécifiquement anti-corrélé entre la masse en étoiles et la masse en gaz chaud. C'est important car ces deux mesures ensemble nous donnent la meilleure indication de la masse totale du système."

Les découvertes seront cruciales pour les efforts des astronomes pour mesurer les propriétés de l'univers dans son ensemble. En acquérant une meilleure compréhension de la physique interne des amas de galaxies, les chercheurs pourront mieux comprendre le comportement de l'énergie noire et les processus à l'origine de l'expansion de l'univers.

"Les amas de galaxies sont intrinsèquement fascinants, mais à bien des égards encore des objets mystérieux, " ajoute le Dr Smith. "Découvrir l'astrophysique complexe régissant ces objets ouvrira de nombreuses portes sur une compréhension plus large de l'univers. Essentiellement, si nous voulons pouvoir prétendre que nous comprenons le fonctionnement de l'univers, nous devons comprendre les amas de galaxies."

Les données du type étudiées par l'équipe vont croître de plusieurs ordres de grandeur au cours des prochaines décennies grâce aux télescopes de nouvelle génération tels que le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) qui est actuellement en construction au Chili, et e-ROSITA, un nouveau satellite à rayons X. Les deux commenceront leurs observations au début des années 2020.

"Ces mesures jettent les bases d'une science précise avec des amas de galaxies, " dit le professeur Alexis Finoguenov, membre de l'équipe basée à l'Université d'Helsinki.