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La plus ancienne matière noire jamais mesurée date d'il y a 12 milliards d'années

Il est impossible, à l'heure actuelle, d'observer directement la matière noire -- laquelle n'émet aucune lumière. Celle-ci est mesurée, prédite, à partir de calculs et d'observations indirectes. Sa distribution dans le cosmos est bien souvent déduite à partir des galaxies, et plus particulièrement grâce à l'effet de lentille de leur lumière. Mais cette technique limite la fenêtre de tir entre aujourd'hui et il y a quelque 8 milliards d'années. La plus vieille matière noire jamais mesurée date de 12 milliards d'années.

Dans une publication du 1er août 2022, au sein des Physical Review Letters, une équipe de recherche révèle avoir mobilisé une autre astuce : l'analyse du fond diffus cosmologique (image de couverture), abrégé en anglais « CMB », qui n'est autre que le rayonnement électromagnétique fossile de l'Univers depuis ses débuts. 

Une faille dans le modèle ? 

« Regarder la matière noire autour des galaxies lointaines ? C'était une idée folle », estime le professeur Masami Ouchi, dans un commentaire de cette étude à laquelle il a participé. « Personne ne réalisait que nous pouvions faire cela. Mais après avoir donné une conférence sur un grand échantillon de galaxies lointaines, Hironao [son coauteur] est venu me voir et m'a dit qu'il était peut-être possible d'observer la matière noire autour de ces galaxies avec le CMB. »

Les auteurs ont donc relié un échantillon de galaxies lointaines avec la distorsion de la lumière visible autour de ces galaxies. Plus la distorsion est élevée, plus il est censé y avoir de matière noire. C'est ce qui leur a permis de mesurer par déduction mathématique la distribution de matière noire à l'époque -- soit 12 milliards d'années. Il s'agit encore et toujours de mesures indirectes, non pas d'une observation directe, ce qui signifie que cela ne change rien au statut hypothétique de la matière noire, dont la nature reste mystérieuse. 

C'est justement là où ces travaux peuvent participer à une meilleure compréhension de ce que la matière noire pourrait bien être. Car leurs calculs suggèrent des défauts potentiels dans le modèle actuel : la matière noire semblait moins « agglutinée » que les prédictions sur cette époque de l'Univers. 

« Notre découverte est encore incertaine », précisent les auteurs. « Mais si elle est vraie, elle suggérerait que l'ensemble du modèle est défectueux à mesure que l'on remonte dans le temps. C'est passionnant, car si le résultat se maintient après la réduction des incertitudes, cela pourrait suggérer une amélioration du modèle qui pourrait donner un aperçu de la nature de la matière noire elle-même. »