Collision de Galaxies : Une Nouvelle Perspective sur la Matière Sombre
Les deux amas de galaxies, désignés collectivement sous le nom de MACS J0018.5+1626, abritent des milliers de galaxies et se situent à des milliards d’années-lumière de la Terre. Lors de leur collision, la matière noire a pris de l’avance sur la matière normale.
Les fusions d’amas de galaxies constituent des sources d’informations précieuses pour tester les théories astrophysiques et cosmologiques. Cependant, ces événements produisent des signaux complexes qui sont difficiles à interpréter à partir des observations individuelles.
Une Métaphore Éclairante
Pour illustrer ce phénomène, imaginez une collision massive entre plusieurs camions-bennes transportant du sable. La matière noire représente le sable qui s’envole en avant, comme l’explique Emily Silich, astronome à Caltech et au Centre d’Astrophysique de Harvard & Smithsonian.
Ce phénomène de séparation entre la matière noire et la matière normale a déjà été observé, notamment dans le célèbre Bullet Cluster. Dans cette collision, le gaz chaud est clairement visible en retard par rapport à la matière noire après que les deux amas de galaxies se soient croisés.
Une Orientation Unique
La situation observée dans MACS J0018.5+1626 est similaire, mais l’orientation de la fusion est inclinée d’environ 90 degrés par rapport à celle du Bullet Cluster. En d’autres termes, l’un des amas massifs de MACS J0018.5+1626 se dirige presque directement vers la Terre, tandis que l’autre s’éloigne.
Cette orientation a permis aux chercheurs d’obtenir un point de vue unique pour cartographier, pour la première fois, la vitesse de la matière noire et de la matière normale, et d’éclaircir comment elles se découpent l’une de l’autre lors d’une collision d’amas de galaxies.
Une Nouvelle Méthode d’Observation
Pour mesurer la vitesse de la matière normale, ou gaz, dans l’amas, les astronomes ont utilisé une méthode d’observation appelée effet cinétique Sunyaev-Zel’dovich (SZ). En 2013, ils ont réalisé la première détection de cet effet sur un objet cosmique individuel, un amas de galaxies nommé MACS J0717.
L’effet cinétique SZ se produit lorsque des photons provenant de l’Univers primordial, le Fond Cosmique de Micro-ondes (CMB), se dispersent sur des électrons dans le gaz chaud en route vers la Terre. Les photons subissent un décalage, appelé décalage Doppler, en raison des mouvements des électrons dans les nuages de gaz le long de notre ligne de vue.
En mesurant le changement de luminosité du CMB dû à ce décalage, les astronomes peuvent déterminer la vitesse des nuages de gaz au sein des amas de galaxies. D’ici 2019, les auteurs de l’étude avaient effectué ces mesures dans plusieurs amas de galaxies, révélant ainsi la vitesse du gaz.
Une Découverte Surprenante
Les chercheurs ont également mesuré la vitesse des galaxies dans l’amas, ce qui leur a permis d’estimer la vitesse de la matière noire. Cependant, à ce stade de la recherche, leur compréhension des orientations des amas était limitée. Ils savaient seulement que MACS J0018.5+1626 présentait des signes d’un phénomène étrange : le gaz chaud se déplaçait dans la direction opposée à celle de la matière noire.
« Nous avions un cas complètement atypique avec des vitesses dans des directions opposées, et au début, nous avons pensé qu’il pourrait s’agir d’un problème avec nos données », a déclaré le professeur Sayers de Caltech.
Analyse des Données
Les scientifiques ont ensuite utilisé les données du télescope spatial Chandra de la NASA pour révéler la température et la localisation du gaz dans les amas, ainsi que le degré de choc subi par le gaz. « Ces collisions d’amas sont les phénomènes les plus énergétiques depuis le Big Bang », a ajouté Silich.
Les résultats ont montré qu’avant la collision, les amas se déplaçaient l’un vers l’autre à environ 3 000 km par seconde, soit environ un pour cent de la vitesse de la lumière. Avec une image plus complète de la situation, ils ont pu comprendre pourquoi la matière noire et la matière normale semblaient se déplacer dans des directions opposées.
Perspectives Futures
Bien qu’il soit difficile de visualiser ce phénomène, l’orientation de la collision, associée à la séparation de la matière noire et de la matière normale, explique les mesures de vitesse atypiques. À l’avenir, les chercheurs espèrent que des études similaires fourniront de nouveaux indices sur la nature mystérieuse de la matière noire.
« Cette étude constitue un point de départ pour des recherches plus approfondies sur la nature de la matière noire », a conclu Silich. « Nous avons un nouveau type de sonde directe qui montre comment la matière noire se comporte différemment de la matière normale. »
Les résultats de cette recherche ont été publiés dans le Journal Astrophysique.
