L’univers est rempli à 85 % d’une substance totalement invisible, et jusqu’à présent, les scientifiques pensaient qu’elle se comportait comme un fantôme inoffensif. Mais trois anomalies cosmiques impossibles à justifier viennent de forcer les astrophysiciens à revoir entièrement leur copie. Loin d’être asociale, la matière noire pourrait en réalité entrer violemment en collision avec elle-même. Cette capacité d’interaction inédite crée des puits de gravité redoutables, capables de déformer la lumière, de capturer des astres et même de déchirer des courants d’étoiles entiers.
Ce que vous allez apprendre
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Les trois mystères spatiaux (dont une étrange « cicatrice » galactique) que la physique classique ne parvenait pas à expliquer.
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L’effondrement du modèle standard qui considérait la matière noire comme une entité passive.
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Comment ces particules invisibles s’entrechoquent pour former des noyaux d’une densité extrême, agissant comme de véritables pièges cosmiques.
Trois anomalies qui défiaient les lois de l’astrophysique
Jusqu’à une date récente, les astronomes butaient sur trois énigmes majeures, réparties dans des contextes cosmiques radicalement différents.
La première se situe dans un système lointain (JVAS B1938+666), où la lumière nous parvient sévèrement déformée par l’effet de lentille gravitationnelle d’un amas de matière d’une densité prodigieuse, mais invisible. La deuxième anomalie est plus proche de nous : le courant d’étoiles GD-1 présente une gigantesque « cicatrice », comme si une masse titanesque et indétectable l’avait violemment éventré. Enfin, dans la galaxie naine du Fourneau voisine de notre Voie lactée, un amas d’étoiles (Fornax 6) présente une architecture défiant la logique, semblant avoir été capturé par un piège gravitationnel invisible.
Le modèle standard de l’évolution cosmique était incapable de justifier de telles densités localisées. Il a donc fallu imaginer une nouvelle mécanique.
La fin du mythe des « fantômes » cosmiques
Pour comprendre ce bouleversement, il faut rappeler ce qu’est la matière noire. Représentant 85 % de la masse de l’univers, elle est dépourvue de protons ou d’électrons. Elle n’interagit pas avec la lumière, ce qui la rend totalement furtive à nos télescopes. Jusqu’ici, le modèle cosmologique dominant (le modèle de matière noire froide) la décrivait comme une foule de particules léthargiques et « asociales ». Selon cette théorie, si deux particules de matière noire se croisaient, elles se traversaient sans jamais se toucher, tels des spectres.
Cependant, des chercheurs de l’Université de Californie proposent un changement de paradigme radical : la matière noire « auto-interagissante ». Pour reprendre l’analogie du chercheur Hai-Bo Yu, imaginez la différence entre une foule où les gens s’ignorent totalement et une autre où les individus se bousculent sans cesse.
Crédit : Devon Powell, Institut Max Planck d’astrophysique, d’après des données de Keck/EVN/GBT/VLBAJVAS B1938+666 : un anneau noir et un point central montrent une image infrarouge d’une galaxie lointaine déformée par lentille gravitationnelle. L’émission orange correspond aux ondes radio provenant du même système.
Le secret de l’effondrement gravitothermique
Dans ce nouveau modèle, les particules de matière noire ne s’ignorent plus. Elles se percutent, rebondissent et échangent de l’énergie. Ces collisions à l’échelle quantique et cosmique modifient profondément la structure interne de ce qu’on appelle les « halos » de matière noire.
Au lieu de rester une brume diffuse et fantomatique, cette matière bousculée subit un « effondrement gravitothermique ». Elle se tasse sur elle-même pour former des noyaux compacts d’une densité inouïe. C’est précisément la présence de ces blocs de matière noire ultra-denses qui permet d’expliquer les fameuses anomalies : ils sont assez lourds pour tordre la lumière, assez massifs pour arracher des étoiles à leur courant, et dotés d’une gravité suffisante pour piéger des astres de passage. Un seul mécanisme caché parvient ainsi à résoudre trois mystères cosmiques absolus.
L’étude est publiée dans les Physical Review Letters.