Gaia sur la piste de la matière noire

La matière noirematière noire reste insaisissable dans les détecteurs du LHC comme dans ceux qui sont enterrés (Xenon ou Lux par exemple). Les astrophysiciensastrophysiciens n'ont cependant pas de raisons d'abandonner cette hypothèse parce que sans elle, il n'est pas possible, actuellement en tout cas, d'expliquer la naissance des galaxies et les caractéristiques du rayonnement fossile présentes dans les observations de Planck. Une modification des équations de la théorie de la gravitationgravitation respectant les exigences de la théorie de la relativité pourrait peut-être rendre compte de ces observations. Mais personne n'est encore arrivé à faire cela dans le cadre de la théorie Mond, qui semble mieux fonctionner que la théorie de la matière noire à l'échelle des galaxies.

Il est peut-être possible de départager les deux hypothèses en introduisant de nouvelles particules ou en modifiant les lois de la gravitation (faut-il faire les deux ?). Pour ce faire, il faut s'appuyer sur des mesures suffisamment précises des mouvementsmouvements d'un très grand nombre d'étoilesétoiles dans la Voie lactéeVoie lactée. C'est précisément ce que fait depuis quelques années le satellite Gaiasatellite Gaia, de l'ESAESA. Les premiers résultats commencent à tomber, comme le montre un article récemment déposé sur arXiv par des astronomesastronomes du Kapteyn Astronomical Institute, aux Pays-Bas, qui ont également utilisé des observations du télescopetélescope HubbleHubble.

Le satellite Gaia est au point de Lagrange L2 du système Terre-Soleil, pour cartographier la Voie lactée comme jamais aucun télescope spatial ne l'a fait. © S. Brunier, ESA

Les mouvements des étoiles de la galaxie naine du Sculpteur

Ces astronomes ont mis à profit le fait que Gaia puisse également donner des renseignements sur les mouvements des étoiles présentes dans une galaxie satellite de la Voie lactée, la galaxie nainegalaxie naine du Sculpteur (à ne pas confondre avec la grande galaxie spiralegalaxie spirale, alias NGCNGC 253, également appelée galaxie du Sculpteur, mais aussi galaxie du Dollar d'argentargent), distante d'environ 300.000 années-lumièreannées-lumière. Pour cela, ils ont dû combiner les données de Gaia avec celles de Hubble. Selon l'astronome Davide Massari, qui a dirigé les recherches, lui et ses collègues ont réussi un exploit, car la précision des mesures, atteinte pour la première fois pour des mouvements stellaires annuels dans une autre galaxie, revient à distinguer une tête d'épingle sur la LuneLune !

Les mouvements déjà étudiés des étoiles dans cette galaxie naine sphéroïdale laissaient penser qu'elle était gorgée de matière noire. Cet objet constitue donc un bon laboratoire pour tenter d'en apprendre plus sur les caractéristiques de cette dernière. Comme avec les autres recherches menées sur la matière noire, à défaut de déterminer ce qu'elle est, il est possible de déterminer ce qu'elle n'est pas.

La répartition de la matière noire dépend en effet des propriétés de celle-ci et, en retour, cette répartition est sondée par les mouvements des étoiles sous l'influence de son champ de gravitation. Il apparaît que les étoiles de la galaxie naine du Sculpteur semblent bel et bien se mouvoir comme s'il y avait un pic de densité de matière noire en son centre. C'est précisément ce que prédisent les modèles de matière noire qui sont souvent considérés en cosmologiecosmologie pour ce genre d'objet.

Gaia continue de faire des mesures ; les analyses des données déjà obtenues sont en cours. Avec un peu de chance, dans un futur proche, nous en saurons beaucoup plus sur l'existence ou non de la matière noire et sur sa nature.