Une étudiante découvre comment détecter la matière galactique manquante

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| Hubble

Dans le modèle standard de la cosmologie, la matière visible (classique) ne compte que pour environ 5% de la masse de l’Univers. Et pourtant, une partie de cette matière continue d’échapper aux astrophysiciens. En effet, la moitié de ces 5% reste invisible pour nos instruments de détection. Une hypothèse avance que cette matière manquante se trouverait au sein d’immenses nuages de gaz froid. Et grâce à une méthode de détection indirecte développée par une étudiante de l’université de Sydney, les astrophysiciens pourraient bien avoir trouvé la trace de ces nuages jusqu’alors demeurés invisibles.

Alors que la majeure partie de la masse de l’Univers est censée être constituée des insaisissables matière et énergie noires, les 5% restants sont de la matière normale qui compose les étoiles, les planètes, les astéroïdes, etc. Elle est connue sous le nom de matière baryonique. Cependant, les mesures directes n’ont révélé que la moitié de ces 5%.

Yuanming Wang, doctorante à l’École de physique de l’Université de Sydney, a mis au point une méthode ingénieuse pour aider à retrouver la matière manquante. Elle a appliqué sa technique pour localiser un flux de gaz froid jusqu’ici non détecté dans la Voie lactée, à environ 10 années-lumière de la Terre. Le nuage mesure environ 1 milliard de kilomètres de long et 10 milliards de kilomètres de large, mais ne possède qu’environ la masse de notre lune.

Les résultats, publiés dans la revue MNRAS, offrent un moyen prometteur aux astrophysiciens de retrouver la matière manquante de la Voie lactée. « Nous soupçonnons qu’une grande partie de la matière baryonique manquante se présente sous la forme de nuages ​​de gaz froids dans les galaxies ou entre les galaxies. Ce gaz est indétectable en utilisant des méthodes conventionnelles, car il n’émet aucune lumière visible et est tout simplement trop froid pour être détecté par radioastronomie », explique Wang, qui poursuit son doctorat à l’Institut d’astronomie de Sydney.

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Une détection indirecte grâce aux galaxies de fond

Ce que les astronomes ont fait, c’est chercher des sources radio dans l’espace lointain pour voir comment elles « scintillaient ». « Nous avons trouvé cinq sources radio scintillantes sur une ligne géante dans le ciel. Notre analyse montre que leur lumière doit avoir traversé le même nuage de gaz froid ». Tout comme la lumière visible est déformée lorsqu’elle traverse notre atmosphère pour donner aux étoiles leur scintillement, lorsque les ondes radio traversent la matière, cela affecte également leur luminosité.

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Graphiques montrant les variations de scintillations de six sources galactiques de fond. © Yuanming Wang et al. 2021

C’est cette « scintillation » que Wang et ses collègues ont détectée. « Nous ne savons pas exactement ce qu’est l’étrange nuage, mais une possibilité est qu’il pourrait s’agir d’un nuage de neige d’hydrogène perturbé par une étoile proche pour former un long et mince filet de gaz », explique l’astrophysicien Artem Tuntsov.

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Vue d’artiste montrant un nuage de gaz étiré par les effets de marée d’une étoile en un long et mince filet. © University of Sydney

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L’hydrogène gèle à environ -260 degrés Celsius et les théoriciens ont proposé qu’une partie de la matière baryonique manquante de l’Univers pourrait être enfermée dans ces « nuages ​​de neige » d’hydrogène. Ils sont presque impossibles à détecter directement. « Cependant, nous avons maintenant développé une méthode pour identifier ces amas de gaz froid invisible en utilisant des galaxies de fond comme projecteurs », indique Wang.

Vers la détection de plus en plus de structures gazeuses

« C’est un résultat brillant pour une jeune astronome. Nous espérons que les méthodes mises au point par Yuanming nous permettront de détecter davantage de matière manquante », déclare Tara Murphy, directrice de thèse de la doctorante. Les données pour trouver le nuage de gaz ont été recueillies à l’aide du radiotélescope australien Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) du CSIRO, en Australie occidentale.

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« C’est la première fois que plusieurs ‘scintillateurs’ sont détectés derrière le même nuage de gaz froid. Au cours des prochaines années, nous devrions être en mesure d’utiliser des méthodes similaires avec ASKAP pour détecter un grand nombre de ces structures gazeuses dans notre galaxie », conclut Murphy.

Sources : arXiv

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