Une partie de la matière ordinaire demeurait insaisissable depuis des décennies. Une équipe de chercheurs est parvenue à la repérer, sous forme de gaz, au sein des filaments galactiques de notre Univers.

La matière cachée de l’Univers… ne l’est plus ! Elle vient d’être débusquée, dissimulée dans des prises de vues du cosmos vieilles de trente ans analysées par une équipe de l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/ université Paris-Saclay). Disons-le d’emblée : la matière cachée n’a rien à voir avec la fameuse « matière noire », qui compose environ un quart de l’Univers et dont les chercheurs ignorent toujours la nature. Elle fait partie de la matière dite ordinaire, composée de neutrons et de protons, la base de tous les atomes. « Elle existe essentiellement sous deux formes, détaille l’astrophysicienne Nabila Aghanim, qui a participé à l’étude publiée en novembre 2020 dans la revue Astronomy & Astrophysics. Une forme ‘condensée’ : les étoiles, les trous noirs, les planètes… Et une forme ‘diluée’ : du gaz, de l’hydrogène essentiellement. Lorsque l’on observe l’Univers très lointain, lorsqu’il était âgé d’environ 370.000 ans, la matière ordinaire semble au complet. Mais lorsque l’on regarde une tranche située plus près de nous, on s’aperçoit qu’environ 40 % se sont évaporés. » Et ce sont précisément ces 40 % qui jouaient à cache-cache avec les chercheurs depuis plusieurs décennies que l’équipe française vient enfin de mettre au jour.

Un coup de théâtre en 2018

Pour mener leur enquête, les scientifiques disposaient d’un indice : chercher plutôt du côté de la forme diluée. L’explication se trouve en effet dans la structure même de notre Univers, sur des échelles gigantesques, là où la Voie lactée n’est plus qu’un point perdu parmi des milliards d’autres. Depuis déjà deux décennies environ, les cosmologistes connaissent l’allure générale du cosmos grâce à des simulations informatiques. Celles-ci reproduisent son évolution, de sa naissance à aujourd’hui, à partir de la composition en matière et en énergie de l’Univers primordial, de son taux d’expansion et de quelques autres paramètres. Résultat : le saisissant spectacle d’une « toile cosmique » où des amas de milliers de galaxies constituent des nœuds reliés entre eux par des filaments, eux-mêmes tissés de galaxies. Ces filaments peuvent atteindre 300 millions d’années-lumière, des dimensions que l’on peine à se représenter, en comparaison du diamètre déjà gigantesque de notre galaxie : 100.000 années-lumière.

Mais ces simulations, qui donnent la « géographie » de l’Univers, renseignent aussi sur son « peuplement », en quelque sorte. Elles indiquent qu’au fil du temps, le gaz d’hydrogène et d’hélium qui n’a pas fini dans les amas s’est concentré dans les filaments galactiques. C’est donc là que les chercheurs ont décidé de traquer la matière cachée. Problème : ce gaz ne se laisse pas voir facilement ! Certes, sa température (entre 100.000 et 10 millions de degrés) devrait en théorie le faire briller dans le domaine des rayons X, mais comme il est très dilué, les chercheurs ont longtemps douté que cette émission ait vraiment eu lieu… Jusqu’à un coup de théâtre, en 2018. Une première observation est alors rapportée par le physicien italien Fabrizio Nicastro et son équipe de l’Institut national d’astrophysique, à Rome. Elle a lieu au sein d’un filament galactique éclairé par un quasar, une source de lumière très intense placée derrière lui. La lumière est en partie absorbée par le contenu du filament. En observant les longueurs d’onde prélevées, l’équipe italienne déduit la présence du gaz d’hydrogène. Une belle observation… mais indirecte, et dans un seul filament : l’équipe n’a pas vu d’émission X à proprement parler.

Sources

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