Plusieurs choses nous passionnent plus que les secrets de la matière noire et de la courbure de l’espace-temps, mais lorsque vous êtes enveloppé dans une superbe image de la bague d’Einstein, vous savez que vous êtes dans quelque chose de spécial.
En 2014, la grille du réseau Atakam Big (ALMA) au Chili a observé un phénomène spatial saisissant au cours de sa campagne Long Baseline. Elle a vu une galaxie lointaine déformée au-delà de toute reconnaissance par le champ gravitationnel d'une galaxie au premier plan massive. C'est ce qu'on appelle "l'anneau d'Einstein", nommé d'après la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui prédit que l'espace-temps peut être courbé par la présence d'un puissant champ gravitationnel.
Dans ce cas, au premier plan se trouve une galaxie devant une galaxie plus éloignée, située à environ 12 milliards d'années lumière de la Terre, ce qui a pour effet que la lumière d'une galaxie lointaine se courbe autour d'un espace-temps incurvé. Le résultat fut un cercle de lumière galactique presque parfait, pris par ALMA comme l’un des exemples les plus importants de lentilles gravitationnelles. Les lentilles gravitationnelles sont courantes dans les observations d'espace lointain, lorsque des galaxies massives et des amas de galaxies courbent l'espace-temps en une feuille de caoutchouc ductile, créant souvent un effet de miroir «incurvé» qui déforme les formes observées de galaxies lointaines dont la lumière a emprunté un chemin désordonné à travers un paysage d'espace-temps enchevêtré. Mais parfois, comme il s'est avéré dans cet exemple, l'alignement peut être si parfait que la lumière d'une galaxie lointaine peut être déformée autour du premier plan symétrique de la galaxie, créant ainsi un anneau ressemblant à une flamme de bougie derrière une loupe. Les lentilles gravitationnelles sont les lentilles grossissantes naturelles de l'univers. Elles sont utilisées avec le télescope spatial Hubble, par exemple, pour augmenter sa puissance d'observation dans le cadre du projet Frontier Fields.
Bien que cela ressemble à un anneau parfait, cette observation particulière de la lentille gravitationnelle «SDP.81» présente de minuscules distorsions d'anneau et les astronomes ont utilisé ces distorsions pour détecter la présence d'une galaxie naine invisible située à proximité immédiate de la galaxie à lentilles plus massive. Et ce petit groupe d'étoiles est rempli de matière noire.
"Nous pouvons trouver ces objets invisibles de la même manière que vous pouvez voir les gouttes de pluie sur la fenêtre", a déclaré Yashar Hezaveh de l'Université de Stanford, en Californie, dans un communiqué. "Vous savez qu'ils sont là parce qu'ils déforment l'image des objets d'arrière-plan." Les gouttes de pluie réfractent subtilement la lumière, déformant la lumière passant à travers la fenêtre; de la même manière, le champ gravitationnel d'une galaxie naine invisible crée des distorsions mineures dans l'anneau d'Einstein, révélant sa présence dans la minuscule déformation de l'espace-temps.
Trouver cette déformation et comprendre que cela était dû à la présence d'une galaxie invisible n'était pas une tâche facile, et cela nécessitait des coûts de calcul énormes, exigeant notamment du temps sur l'un des supercalculateurs les plus puissants du monde, la Blue Science Foundation. En raison de sa proximité avec une plus grande galaxie, de sa masse estimée et du manque de données optiques, l’équipe Hezaveh pense avoir découvert une galaxie naine très sombre dominée par la matière noire.
Selon les prévisions, les grandes galaxies devraient avoir une grande population de galaxies naines satellites, mais les études astronomiques ne peuvent en détecter que quelques exemples. Comme on le sait, notre galaxie compte environ 40 satellites de ce type, mais les modèles prédisent qu'il devrait en exister des milliers.
"Cet écart entre les données observées et prévues sur le nombre de satellites est un problème majeur de la cosmologie depuis près de deux décennies. Certains chercheurs l'ont même qualifié de" crise ", a déclaré Neal Dalal, membre de l'équipe de l'université de l'Illinois. "Si ces objets nains sont faits de matière noire, cela peut expliquer la différence, suggérant une nouvelle compréhension de la vraie nature de la matière noire."
Nous espérons maintenant que de nombreuses autres lentilles gravitationnelles pourront être étudiées pour rechercher des distorsions causées par d'autres nains avec une dominance de matière noire, et nous espérons expliquer d'où provient cette étrange disparité d'observations par rapport à la théorie. Si nous pouvons le faire, alors nous pourrons peut-être mieux clarifier les modèles obscurs de la matière et mieux comprendre pourquoi la matière noire représente 85% de la masse totale de l'Univers.
