La différence géniale approfondit le mystère de la matière sombre

De nouvelles recherches, dans lesquelles les données empiriques ne concordent pas avec les calculs théoriques, montrent à quel point les physiciens doivent encore en apprendre davantage sur la matière noire.

Une inadéquation entre les données astronomiques et les simulations informatiques a laissé une équipe de scientifiques se gratter la tête, dans ce qui est un cas frustrant de réalité en désaccord avec la théorie.

Les scientifiques, dirigés par l’astrophysicien de Yale Priyamvada Natarajan, ont pris des mesures de plusieurs amas de galaxies pour enquêter sur la présence de matière noire. Malheureusement, ces données, comparées aux modèles informatiques théoriques, ne concordaient pas. Écrire dans leur science qui s’ensuit étude, les auteurs «suggèrent que des problèmes systématiques avec des simulations ou des hypothèses incorrectes sur les propriétés de la matière noire pourraient expliquer nos résultats.»

En d’autres termes, c’est de retour à la planche à dessin.

Il existe bien plus de choses dans l’univers que nous ne pouvons en voir, comme en témoigne la façon dont les objets distants interagissent les uns avec les autres. Cette substance manquante est appelée matière noire et, bien qu’elle constitue la grande majorité de la matière dans l’univers, elle n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit la lumière. Mais c’est assez important pour quelque chose d’aussi insaisissable, car il lie les étoiles ensemble à l’intérieur des galaxies, tout en enchaînant les galaxies ensemble pour former des amas.

Et en effet, les amas de galaxies, dans lesquels des milliers de galaxies sont cloîtrées ensemble, servent de laboratoires éloignés pour étudier la matière noire. Les amas de galaxies sont des dépôts massifs de matière noire en raison de leur énorme influence gravitationnelle. Des gouttes de substance sous forme de halos de matière noire peuvent être détectées indirectement en train de flâner autour des amas de galaxies, ainsi que des galaxies individuelles stationnées à l’intérieur.

Bien sûr, les astronomes ne peuvent pas réellement voir ces halos de matière noire, mais ils peuvent voir la façon dont ces gouttes invisibles peuvent plier la lumière. Ce phénomène, connu sous le nom de lentille gravitationnelle, déforme et repositionne les objets d’arrière-plan de notre ligne de vue. La lentille gravitationnelle est plutôt cool car elle permet aux astronomes de voir, par exemple, une galaxie qui serait autrement obscurcie par une galaxie plus proche devant elle. Surtout, plus il y a de matière sombre autour, plus l’effet de lentille observé est important.

Pour la nouvelle étude, Natarajan et ses collègues ont analysé des images de 11 amas de galaxies massives prises par le télescope spatial Hubble, qui ont été complétées par des mesures spectrographiques recueillies par le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire austral européen. Les données Hubble, en lumière visible et infrarouge, ont été prises en 2011 par la caméra avancée du télescope pour les levés et la caméra grand champ 3.

Les données de Hubble et des données VLT ont permis aux chercheurs de visualiser la matière noire. Les cartes 3D, avec leurs collines, vallées et stalagmites exagérées, ont montré la distribution spatiale des halos. Les stalagmites, ou régions à pic, ont montré l’emplacement des halos de matière noire, ou subhalos dans ce cas, associés à des galaxies individuelles situées dans un amas.

L’équipe a ensuite pris ces données haute fidélité et les a comparées à des simulations informatiques basées sur la théorie de grappes de masses similaires et à des distances comparables. Les modèles ne correspondaient pas aux données astronomiques; les auteurs ont détecté des lentilles plus petites dans les images Hubble par rapport à celles produites par les simulations.

«Il y a une caractéristique de l’univers réel que nous ne captons tout simplement pas dans nos modèles théoriques actuels», a expliqué Natarajan dans un Yale. communiqué de presse. «Cela pourrait signaler une lacune dans notre compréhension actuelle de la nature de la matière noire et de ses propriétés, car ces données exquises nous ont permis de sonder la distribution détaillée de la matière noire sur les plus petites échelles.

Bob Jacobsen, un physicien comme UC Berkeley qui n’était pas impliqué dans la nouvelle recherche, a déclaré que les deux cartes – l’une produite par les données Hubble et l’autre par les théories actuelles de la matière noire – semblent être en conflit. Fait intéressant, il a déclaré que la construction des deux cartes est «fortement dépendante» du calcul et des simulations.

«Cela ajoutera une pression importante pour améliorer et comprendre ces modèles de calcul et ces simulations», a expliqué Jacobsen dans un e-mail. «Des mesures solides ont tendance à faire cela. Mais nous ne savons pas encore si cela nous dit quelque chose sur nos calculs et nos simulations, ou si cela nous dit quelque chose de fondamental sur la matière noire.

Un autre chercheur a souligné la complexité de cette la science est.

« Il y a beaucoup de pièces manquantes dans notre compréhension actuelle de la matière noire », a déclaré Esra Bulbul, astrophysicienne à l’Institut Max Planck de physique extraterrestre qui n’a pas participé à la nouvelle étude. « Comparaison des simulations de pointe et test des modèles actuels de matière noire avec desdes données de qualité, comme présenté dans cet ouvrage, rapproche-nous de la résolution ce puzzle compliqué.

C’est un résultat frustrant, bien sûr, mais c’est toujours un résultat. Et comme Jacobsen l’a suggéré, nous devons devenir plus intelligents dans l’ensemble. Résoudre le mystère de la matière noire nécessitera plus d’observations de l’espace lointain et un calcul efficace des nombres. Nous devons simplement savoir quels chiffres analyser.