D8 Matière noire

Topique

L'élément central de ce modèle est la matière noire qui compose les amas de galaxies : elle n'émet pas de lumière propre, mais dévie la lumière ambiante qui la traverse, entraînant avec elle le gaz chaud de l'amas.

La première preuve directe de l'existence de cette matière noire est l'effet de lentille gravitationnelle faible, qui mesure la distorsion statistique de la forme des galaxies d'arrière-plan induite par la matière noire d'un amas. À partir de cette distorsion, on reconstruit la distribution de cette masse invisible. L'exemple le plus emblématique est la collision de deux amas : le gaz chaud, visible en rayons X, est resté sur place, tandis que les halos de cette même matière noire, visibles uniquement à travers la lentille, ont traversé la collision sans être ralentis. C'est la preuve directe que la matière noire n'interagit pas avec elle-même autrement que par la gravité.

Le second test, quant à lui, utilise la température du gaz chaud de l'amas, également mesurée en rayons X, pour déduire la masse totale de l'amas par équilibre hydrostatique, révélant ainsi la fraction de cette masse totale qui demeure invisible.

La caractéristique la plus remarquable de l'instrument à rayons X qui rend possible ce second test réside dans son système optique à incidence rasante, poli à l'échelle nanométrique. En effet, les photons X ne sont réfléchis que sous des angles quasi parallèles à la surface du miroir, et non frontalement comme la lumière visible. Cette conception permet d'atteindre une résolution angulaire en rayons X supérieure à celle de nombreux télescopes optiques. Ainsi, de la matière noire des amas de galaxies, point de départ de cet article, à la résolution angulaire en rayons X qui le conclut, en passant par les lentilles gravitationnelles faibles et l'équilibre hydrostatique du gaz chaud, la matière noire révèle cette même masse invisible de deux manières indépendantes : par la façon dont elle dévie la lumière environnante et par la façon précise dont elle refuse de ralentir le gaz qui la traverse.

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