À l'aide de la caméra avancée de Hubble pour les levés, les astronomes ont pu cartographier la matière noire invisible dans une galaxie éloignée, ce qui leur a permis de créer l'une des cartes les plus nettes et détaillées de la matière noire dans l'univers. La recherche de matière invisible et indéterminée est un travail difficile, mais que les astronomes tentent de faire depuis plus d'une décennie. Cette nouvelle carte pourrait également fournir des indices sur cette autre substance mystérieuse de l'univers - l'énergie sombre - et sur le rôle qu'elle a joué au cours des premières années de formation de l'univers.
Une équipe dirigée par Dan Coe au JPL a utilisé Hubble pour regarder Abell 1689, situé à 2,2 milliards d'années-lumière. La gravité de l'amas, qui provient principalement de la matière noire, agit comme une loupe cosmique, courbant et amplifiant la lumière des galaxies éloignées derrière elle. Cet effet, appelé lentille gravitationnelle, produit de multiples images déformées et fortement agrandies de ces galaxies, donnant aux galaxies une apparence déformée et floue. En étudiant les images déformées, les astronomes ont estimé la quantité de matière noire dans l'amas. Si la gravité de l'amas venait uniquement des galaxies visibles, les distorsions du cristallin seraient beaucoup plus faibles.
Ce qu'ils ont trouvé suggère que les amas de galaxies se sont peut-être formés plus tôt que prévu, avant que la poussée de l'énergie sombre n'inhibe leur croissance.
L'énergie noire sépare les galaxies les unes des autres en étirant l'espace entre elles, supprimant ainsi la formation de structures géantes appelées amas de galaxies. Une façon dont les astronomes peuvent sonder ce bras de fer primitif consiste à cartographier la distribution de la matière noire en grappes.
"Les images lentilles sont comme un gros puzzle", a déclaré Coe. "Ici, nous avons trouvé, pour la première fois, un moyen d'organiser la masse d'Abell 1689 de telle sorte qu'elle cristallise toutes ces galaxies de fond à leurs positions observées." Coe a utilisé ces informations pour produire une carte à plus haute résolution de la distribution de la matière noire de l'amas que ce qui était possible auparavant.
Sur la base de leur carte de masse à plus haute résolution, Coe et ses collaborateurs confirment les résultats précédents montrant que le noyau d'Abell 1689 est beaucoup plus dense en matière sombre que prévu pour un cluster de sa taille, basé sur des simulations informatiques de croissance de la structure. Abell 1689 rejoint une poignée d'autres grappes bien étudiées dont les noyaux sont également denses. La découverte est surprenante, car la poussée de l'énergie sombre au début de l'histoire de l'univers aurait freiné la croissance de tous les amas de galaxies.
"Les amas de galaxies auraient donc dû commencer à se former des milliards d'années plus tôt pour atteindre les chiffres que nous voyons aujourd'hui", a déclaré Coe. «Autrefois, l'univers était plus petit et plus dense avec de la matière noire. Abell 1689 semble avoir été bien nourri à la naissance par la matière dense qui l'entoure dans le premier univers. Le cluster a emporté cette masse avec lui tout au long de sa vie adulte pour apparaître comme nous l'observons aujourd'hui. »
Les astronomes envisagent d'étudier davantage d'amas pour confirmer l'influence possible de l'énergie sombre. L'enquête Cluster Lensing et Supernova avec Hubble (CLASH) est un programme majeur de Hubble qui analysera la matière noire dans les gigantesques amas de galaxies. Dans cette enquête, le télescope étudiera 25 grappes pour un total d'un mois au cours des trois prochaines années. Les clusters CLASH ont été sélectionnés en raison de leur forte émission de rayons X, indiquant qu'ils contiennent de grandes quantités de gaz chauds. Cette abondance signifie que les grappes sont extrêmement massives. En observant ces amas, les astronomes cartographieront les distributions de matière noire et rechercheront des preuves plus concluantes de la formation précoce d'amas, et peut-être de l'énergie sombre précoce.
