ALMA révèle une subtile signature de matière noire

Des observations pionnières révèlent des fluctuations de la matière noire sous le niveau des galaxies, confirmant les théories de la matière noire froide et fournissant de nouvelles informations sur la formation de l’univers.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Kaiki Taro Inoue de l’Université Kindai (Osaka, Japon) a détecté des fluctuations dans la répartition de la matière noire dans l’univers à des échelles plus petites que les galaxies massives en utilisant l’interféromètre radio le plus puissant au monde, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. .Tableau).Alma), situé en République du Chili.

C’est la première fois que des fluctuations spatiales de la matière noire sont détectées dans l’univers lointain à une échelle de 30 000 années-lumière. Ce résultat montre que la matière noire froide^[1] Ceci est préférable même à des échelles plus petites que les galaxies massives et constitue une étape importante vers la compréhension de la véritable nature de la matière noire. L’article sera publié dans le Journal d’astrophysique.

Figure 1. Fluctuations détectées dans la matière noire. Une couleur orange plus brillante indique des régions à forte densité de matière noire et une couleur orange plus foncée indique des régions à faible densité de matière noire. Les couleurs blanche et bleue représentent les objets à lentille gravitationnelle observés par ALMA. Source : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), KT Inoue et al.

les points principaux

• Observation par l’un des plus grands interféromètres à ondes radio au monde ALMA, un projet international.
• La première détection des fluctuations de la matière noire dans l’univers à des échelles inférieures à 30 000 années-lumière.
• Une étape importante vers la clarification de la véritable nature de la matière noire.

ALMA détecte des fluctuations à petite échelle dans la distribution de la matière noire

La matière noire, la matière invisible qui constitue une grande partie de la masse de l’univers, aurait joué un rôle important dans la formation de structures telles que les étoiles et les galaxies.^[2] Étant donné que la matière noire n’est pas uniformément répartie dans l’espace mais plutôt en amas, sa gravité peut légèrement modifier le trajet de la lumière (y compris les ondes radio) provenant de sources lumineuses distantes. Les observations de cet effet (lentille gravitationnelle) ont montré que la matière noire est associée à des galaxies et à des amas de galaxies relativement massifs, mais on ne sait pas encore comment elle est distribuée à des échelles plus petites.

L’équipe de recherche a décidé d’utiliser ALMA pour observer un objet situé à 11 milliards d’années-lumière de la Terre. L’objet est un quasar lentille,^[3] MGJ0414+0534^[4] (ci-après dénommé « ce quasar »).

Ce quasar semble avoir une image quadrilatérale en raison de l’effet de lentille gravitationnelle de la galaxie du premier plan. Cependant, les positions et les formes de ces images apparentes diffèrent de celles calculées uniquement à partir de l’effet de lentille gravitationnelle de la galaxie du premier plan, ce qui suggère que l’effet de lentille gravitationnelle de la distribution de la matière noire à des échelles plus petites que les galaxies massives est à l’œuvre.

Figure 2 : Schéma conceptuel du système de lentilles gravitationnelles MG J0414+0534. L’objet au centre de l’image indique une galaxie lenticulaire. L’orange représente la matière noire dans l’espace intergalactique et le jaune pâle indique la matière noire dans une galaxie lenticulaire. Crédit : NAOJ, KT Inoue

Il a été constaté qu’il existe des fluctuations spatiales dans la densité de la matière noire, même à une échelle d’environ 30 000 années-lumière, ce qui est bien inférieur à l’échelle cosmique (plusieurs dizaines de milliards d’années-lumière). Ce résultat est cohérent avec la prédiction théorique de la matière noire froide, qui prédit que des amas de matière noire existent non seulement à l’intérieur des galaxies (jaune pâle sur la figure 2), mais également dans l’espace intergalactique (orange sur la figure 2).

Les effets de lentille gravitationnelle des amas de matière noire découverts dans cette étude sont si faibles qu’ils sont extrêmement difficiles à détecter seuls. Cependant, grâce à l’effet de lentille gravitationnelle provoqué par la galaxie du premier plan et à la haute résolution d’ALMA, nous avons pu détecter ces effets pour la première fois. Cette recherche constitue donc une étape importante pour vérifier la théorie de la matière noire et clarifier sa véritable nature.

Cette recherche est présentée dans un article intitulé « Mesure ALMA des spectres de puissance de lentille à 10 kpc vers le quasar lentille MG J0414+0534 » par KT Inoue et al. dans le Journal d’astrophysique.

Remarques

1. Matière noire froide
   À mesure que l’univers s’étend, la densité de la matière diminue, de sorte que les particules de matière noire (matière invisible à la lumière) ne rencontreront plus d’autres particules et auront un mouvement indépendant différent de celui de la matière ordinaire. Dans ce cas, les particules de matière noire qui se déplacent à une vitesse bien inférieure à la vitesse de la lumière par rapport à la matière ordinaire sont appelées matière noire froide. En raison de leur faible vitesse, ils n’ont pas la capacité d’effacer les structures à grande échelle de l’univers.
2. Formation de la structure dans l’univers
   Dans l’univers primitif, on pense que les étoiles et les galaxies se sont formées à la suite de la croissance gravitationnelle des fluctuations de la densité de la matière noire et de l’accumulation d’hydrogène et d’hélium attirés par des amas de matière noire. La répartition de la matière noire à des échelles plus petites que les galaxies massives est encore inconnue.
3. Quasar
   Un quasar est la région centrale et compacte d’une galaxie qui émet une lumière extrêmement brillante. La zone combinée et ses environs contiennent une grande quantité de poussière émettant des ondes radio.
4. MGJ0414+0534
   MG J0414+0534 est situé en direction de la constellation du Taureau vue de la Terre. Le redshift (augmentation de la longueur d’onde de la lumière divisée par la longueur d’onde d’origine) de cet objet est z = 2,639. La distance correspondante est estimée à 11 milliards d’années-lumière, en tenant compte de l’incertitude des paramètres cosmologiques.

Référence : « Mesure ALMA des spectres de force de lentille à 10 kpc vers le quasar lentille MG J0414+0534 » par Kaiki Taro Inoue, Takeo Minezaki, Satoki Matsushita et Koichiro Nakanishi, 7 septembre 2023, Journal d’astrophysique.
est ce que je: 10.3847/1538-4357/aceb5f

Ce travail a été soutenu par une subvention d’aide à la recherche scientifique de la Société japonaise pour la promotion de la science (n° 17H02868, 19K03937), de l’Observatoire astronomique national du Japon, projet de recherche scientifique conjoint ALMA 2018-07A, le même que le ALMA JAPAN Research Fund NAOJ-ALMA-256 et Taiwan MoST. 103-2112-M-001-032-MY3, 106-2112-M-001-011, 107-2119-M-001-020, 107-2119- M-001-020.