Une toile qui traverse des espaces intergalactiques infinis, une forêt cosmique dense illuminée par des lumières très lointaines et une énorme énigme à résoudre. Ce sont les ingrédients pittoresques d'une recherche scientifique - menée par une équipe internationale composée de chercheurs de l'Ecole Internationale d'Etudes Supérieures (SISSA) et du Centre International Abdus Salam de Physique Théorique (ICTP) à Trieste, l'Institut d'Astronomie de Cambridge et l'Université de Washington - cela ajoute un élément important pour comprendre l'une des composantes fondamentales de notre Univers :la matière noire.
Pour étudier ses propriétés, les scientifiques ont analysé l'interaction de la "toile cosmique" - un réseau de filaments constitués de gaz et de matière noire présent dans tout l'Univers - avec la lumière provenant de quasars et de galaxies très éloignés. Les photons interagissant avec l'hydrogène des filaments cosmiques créent de nombreuses raies d'absorption définies « forêt Lyman-alpha ». Cette interaction microscopique parvient à révéler plusieurs propriétés importantes de la matière noire à des distances cosmologiques. Les résultats soutiennent en outre la théorie de la matière noire froide, qui est composé de particules qui se déplacent très lentement. De plus, pour la première fois, ils mettent en évidence l'incompatibilité avec un autre modèle, c'est-à-dire la matière noire floue, pour lesquelles les particules de matière noire ont des vitesses plus importantes.
La recherche a été réalisée grâce à des simulations effectuées sur des supercalculateurs parallèles internationaux et a récemment été publiée dans Lettres d'examen physique .
Bien que constituant une partie importante de notre cosmos, la matière noire n'est pas directement observable, il n'émet pas de rayonnement électromagnétique et il n'est visible que par des effets gravitationnels. Outre, sa nature reste un profond mystère. Les théories qui tentent d'explorer cet aspect sont diverses. Dans cette recherche, les scientifiques ont étudié deux d'entre eux :la matière noire froide, considéré comme un paradigme de la cosmologie moderne, et un modèle alternatif appelé Fuzzy Dark Matter (FDM), dans laquelle la matière noire est réputée composée de bosons ultralégers pourvus d'une pression non négligeable à petite échelle. Pour mener à bien leurs investigations, les scientifiques ont examiné la toile cosmique en analysant la soi-disant forêt Lyman-alpha. La forêt Lyman-alpha est constituée d'une série de raies d'absorption produites par la lumière provenant de sources très lointaines et extrêmement lumineuses, qui traverse l'espace intergalactique le long de son chemin vers les télescopes terrestres. L'interaction atomique des photons avec l'hydrogène présent dans les filaments cosmiques est utilisée pour étudier les propriétés du cosmos et de la matière noire à d'énormes distances.
Grâce à des simulations réalisées avec des supercalculateurs, les chercheurs ont reproduit l'interaction de la lumière avec la toile cosmique. Ainsi, ils ont pu déduire certaines des caractéristiques des particules qui composent la matière noire. Plus particulièrement, preuves ont montré pour la première fois que la masse des particules, qui composeraient la matière noire selon le modèle FDM, n'est pas cohérent avec la forêt Lyman-alpha observée par le télescope Keck (Hawaï, US) et le Very Large Telescope (European Southern Observatory, Chili). Essentiellement, l'étude ne semble pas confirmer la théorie de la matière noire floue. Les données, au lieu, soutenir le scénario envisagé par le modèle de la Cold Dark Matter.
Les résultats obtenus - disent les scientifiques - sont importants car ils permettent de construire de nouveaux modèles théoriques de description de la matière noire et de nouvelles hypothèses sur les caractéristiques du cosmos. De plus, ces résultats peuvent fournir des indications utiles pour la réalisation d'expériences en laboratoire et peuvent orienter les efforts d'observation visant à faire progresser ce thème scientifique passionnant.
