Note : toutes les miniatures sont dotées d’un lien conduisant vers la page du site de l’APOD qui contient les textes anglais et les photographies originales. Les textes sont quelquefois une adaptation des textes de l’APOD et ne sont donc pas une traduction fidèle. J’ai souvent ajouté mes propres commentaires, ou encore fait un résumé rapide. J’ai aussi modifié la plupart des hyperliens vers des pages françaises. Les photos les plus récentes
apparaissent en haut de la page.
LA MATIÈRE SOMBRE
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Cette carte de la
distribution de la
matière noire pourrait nous laisser croire que notre
Univers est hanté. La
gravité exercée par la
matière noire explique l'origine de la
rotation rapide des galaxies sur elle-même, l'origine de
la
grande vitesse orbitale des galaxies autour des amas
galactiques. Cette gravité serait aussi à l'origine de
la forte déviation de la lumière par les
lentilles gravitationnelles. De plus, elle serait aussi
responsable de la distribution de la
matière
visible aussi bien dans
l'univers local que dans le
rayonnement diffus
cosmologique. Cette image provient de l'exposition «Dark
Universe» du
planétarium Hayden du
Muséum américain d'histoire naturelle. Elle nous
présente un exemple de l'omniprésence de la matière noire
dans notre Univers. Cette
simulation numérique détaillée montre la matière sombre
sous forme d'un complexe réseau de filaments noirs. La
matière noire est
parsemée
dans l'Univers comme des
toiles d'araignée, alors que la
matière
baryonique qui nous est plus familière se présente sous
forme de grumeaux peints en orangé.
Ces simulations correspondent assez bien avec les
observations astronomiques. Un retournement assez effrayant
de l'astronomie ces dernières années, la matière noire, bien
que tout à fait étrange et de
nature
inconnue, n'est plus considérée comme la
principale source de gravité dans l'Univers. Cet honneur
revient maintenant à
l'énergie sombre, une
source distribuée plus uniformément de
gravité répulsive qui semble maintenant dominer
l'expansion de l'Univers dans son entier.
(Illustration Credit & Copyright Tom
Abel & Ralf
Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH) |
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L’image utilisée pour produire cette vidéo est une
reprise de la parution du 15 janvier 2017. Elle montre la
répartition de la matière dans l’amas galactique
1E 0657-56 connu sous le nom de l’«
amas de la Balle ». Ce sont les études menées sur les
distorsions gravitationnelles produites par cet amas sur
les images des galaxies éloignées qui ont confirmé le plus
solidement l’existence de
la matière sombre dans cet amas. Cependant,
d’autres analyses invoquant une alternative moins
acceptée pourraient expliquer la modification de la gravité
par l’amas et sa dynamique sans faire appel à l’existence de
la
matière noire et aussi nous fournir une
origine plus probable. Deux
théories s’affrontent maintenant pour expliquer les
observations du comportement gravitationnel des galaxies et
des amas galactiques : celle de l’existence de
matière invisible, la matière noire, et celle de la
gravité
modifiée. C’est tout un duel. Un
exemple convaincant de l’existence de la matière noire
viendrait anéantir la simplicité des
théories de gravité modifiée. Cette image réunit les
données prises par le
télescope spatial Hubble, par
l’observatoire de rayons X Chandra et par les
télescopes Magellan.
Le rouge et le bleu indiquent respectivement la distribution
de la matière noire et des gaz chauds. La
sonorisation de cette image associe les basses
fréquences à la présence de matière noire, les fréquences
moyennes à la
lumière visible et les hautes fréquences aux
rayonnements X. Le
débat concernant l’amas de la Balle devrait continuer
avec les futures
observations, les simulations numériques et les
analyses. (Image Credit: X-ray:
NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/STScI, Magellan/U.Arizona;
Lensing Map: NASA/STScI, ESO WFI, Magellan/U.Arizona;
Sonification: NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M.
Russo, A. Santaguida)) |
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Pourquoi ces galaxies
spirales
tournent-elles aussi
rapidement? En estimant leur masse d’après la quantité de
lumière qu’elles émettent, on arrive à la conclusion que
leur gravité est insuffisante pour retenir la matière de
leur périphérie. La principale hypothèse pour expliquer
qu’une galaxie spirale en rotation trop rapide pour sa
gravité est la présence de
matière
noire que nous ne pouvons pas observer directement.
Mais
les
galaxies de cette image dépassent même la limite imposée par la quantité
de matière noire qu’elles peuvent contenir. Ce sont les
galaxies dotées de la plus
grande
vitesse de rotation observées à ce jour. Une
nouvelle hypothèse doit donc être utilisée. On pense que celles-ci
sont entourées d’un
halo de
matière noire si massif, engendrant une rotation est si
rapide, que la formation de nouvelles étoiles est rendue
plus difficile que dans les
galaxies
spirales régulières. Si cela s’avère exact, ces galaxies
figurent sans doute parmi les spirales les
plus
massives connues. Une étude plus approfondie de ces super
spirales sera réalisée très certainement en utilisant les
observations que réalisera le
télescope
James Webb de la
NASA dont la mise en orbite est
prévue
pour 2021.
(Image
Credit: Top row: NASA, ESA, Hubble, P. Ogle & J. DePasquale (STScI);
Bottom row: SDSS, P. Ogle & J. DePasquale (STScI)) 5 novembre 2019 |
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Pourquoi les émissions en provenance de l’amas galactique de Persée sont-elles si fortes dans un domaine spécifique des rayons X? Personne ne le sait de façon certaine, mais l’une des hypothèses, d’ailleurs fortement contestée, soutient que ces rayons X sont un indice sérieux de l’identité tant recherchée de la matière noire. À l’origine de ce mystère, des émissions excessivement fortes de 3,5 keV (kilo électronvolts) proviennent d’une région bien en dehors du centre de l’amas, alors que le centre de l’amas, où se trouve fort possiblement un trou noir supermassif, en est pratiquement dépourvu. Une solution est proposée, mais elle est très controversée. On propose que quelque chose qu’on n’a jamais vu auparavant puisse être à l’origine de ces émissions : de la matière noire fluorescente (FDM, de l’anglais, « florescent dard matter »). Certaines particules de matière noire fluorescentes seraient capables d’absorber les photons de 3,5 keV en provenance du trou noir central et de réémettre l’énergie absorbée sous forme de rayons X dans les régions en périphérie de l’amas, produisant ainsi une émission visible. Cependant, dans les régions en face de l’amas entourant le trou noir, ces particules créent une forte absorption, ce qui explique que la région centrale semble dépourvue de ces émissions. Sur cette image composite, l’amas de Persée en lumière visible est en rouge, alors que les émissions en rayons X captées par le télescope spatial Chandra sont en bleu. (Image Credit: X-ray: NASA/CXO/Oxford University/J. Conlon et al.; Radio: NRAO/AUI/NSF/Univ. of Montreal/Gendron-Marsolais et al.; Optical: NASA/ESA/IoA/A. Fabian et al.; DSS) 2 janvier 2018 |
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Cette image montre la répartition de la matière dans l’amas galactique 1E 0657-56 connu sous le nom de l’« amas de la Balle ». Ce sont les études menées sur les distorsions gravitationnelles produites par cet amas sur les images des galaxies éloignées qui ont confirmé le plus solidement l’existence de la matière sombre dans cet amas. La masse additionnée des galaxies visibles dans cet amas ne constitue qu’une petite fraction de la masse totale de l’amas. La teinte rouge de la photographie correspond aux sources de rayon X de l’amas, essentiellement des nuages gazeux. Quant à la teinte bleue, elle correspond à la distribution de la matière qui n’émet pas de radiation, la matière sombre. Comment fait-on pour connaitre l’emplacement et la quantité de matière sombre si elle n’émet pas de radiation? C’est en utilisant l’effet de lentille gravitationnelle (fiche 5 de cette section) de l’amas sur la lumière provenant de galaxies situées à l’arrière de l’amas qu’on peut y parvenir. La séparation nette entre la matière sombre et le gaz de l’amas est considérée comme une preuve solide de l’existence de la matière sombre. Mais, d’autres analyses plus récentes invoquent une alternative moins populaire parmi les physiciens : une théorie de la gravité modifiée qui pourrait expliquer la dynamique de l’amas sans faire appel à la présence de matière sombre. Cette nouvelle avenue fournit un scénario tout aussi plausible pour expliquer ce que l’on observe. Présentement, les deux hypothèses sont en compétition pour rendre compte des observations : c’est la matière invisible contre la gravité amendée. Un exemple clair de la présence de matière noire dans l’amas de la Balle détruirait la simplicité des modèles modifiés de la gravité. Pour l’instant, le débat concernant cet amas se poursuivra sans doute avec de nouvelles observations et simulations numériques. Cette image est une composition réalisée en utilisant les observations réalisées par les télescopes spatiaux Hubble et Chandra et celles du télescope terrestre Magellan. ( Image Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/ M. Markevitch et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/ D.Clowe et al. Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.) 15 janvier 2017 REPRISE de l’image du 23 aout 2008 |
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D'où viennent tous ces positrons de haute énergie? Le spectromètre magnétique Alpha (en anglais Alpha Magnetic Spectrometer abrégé en AMS-02) à bord de la Station spatiale internationale enregistre méticuleusement depuis 2011 tous les électrons et les positrons de haute énergie qui entrent en collision avec son capteur. Cette accumulation de données montre clairement qu'il y a plus de positrons que prévu à de hautes énergies. Cet excès pourrait avoir une origine profonde et très palpitante : l'annihilation de particules de matière sombre éloignée et non détectée. Cependant, il est aussi possible que cet excès non expliqué provienne d'autres sources astronomiques, comme les pulsars. Sur cette image, on voit l'AMS-02 sur la station juste après son installation, en compagnie d'une navette américaine amarrée à droite et une capsule russe Soyuz à gauche. (Image Credit & License: Ron Garan, STS-134 Crew, Expedition 28 Crew, NASA) 6 octobre 2014 |
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Comment peut-on évaluer la masse produisant un effet de lentille gravitationnelle? Le cas présenté sur cette image est celui de l'amas galactique Abell 383, un énorme conglomérat de galaxies, de gaz chaud et de matière noire situé à environ 2,5 milliards d’années-lumière de nous (un décalage vers le rouge z = 0,187). On aimerait connaître la masse de l'amas et en particulier la distribution de la matière noire dans celui-ci. Une nouvelle technique de calibration a été mise à l'épreuve récemment. Il s'agit d'attendre qu'un type bien particulier de supernova se produise dans une galaxie située à l'arrière de l'amas et d'évaluer le grossissement produit sur l'image de cette supernova par l'effet de lentille gravitationnelle. Cette technique s'ajoute à d'autres méthodes, dont l'évaluation de la quantité de matière noire nécessaire pour contenir la rotation des galaxies de l'amas, pour confiner les gaz chauds et pour créer les distorsions observées dans les images. Sur cette image captée par le télescope Hubble, l'amas Abell 383 montre sa capacité de lentille gravitationnelle en produisant des images très déformées des galaxies lointaines. Les deux médaillons en haut montrent l'image d'une galaxie avant une supernova (à gauche) et après. À ce jour, deux autres supernovae de type Ia ont été observées à l'arrière de deux autres amas de galaxies dans le cadre du projet CLASH (Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble). (Image Credit: NASA, ESA, C. McCully (Rutgers U.) et al.) 5 mai 2014 |
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Quelle est l'origine du rayonnement gamma en provenance du centre de la Voie lactée? La présence de matière noire pourrait bien en être la source et cette hypothèse soulève de plus en plus l'enthousiasme des scientifiques. Au cours des dernières années, le télescope spatial Fermi recueille les émissions gamma émises au centre de notre galaxie. Des analyses détaillées réalisées à de multiples reprises indiquent que la région entourant le centre galactique semble trop brillante pour le nombre de sources gamma que l'on connait. Le panneau de gauche contient l'image non traitée du centre galactique en rayon gamma alors que celui de droite est l'image de la même région à laquelle toutes les sources gamma connues ont été enlevées, laissant ainsi l'excès de rayonnement gamma. Une théorie excitante qui semble rendre compte de cet excès est basée sur la présence de WIMP (Weakly interacting massive particles), des particules hypothétiques expliquant la présence de la matière noire (note : dans la langue de Molière, les WIMP sont appelées des mauviettes). Les collisions entre les mauviettes pourraient expliquer l'excès de rayonnement gamma. Mais, cette hypothèse est assez controversée. Des observations plus détaillées et des études plus poussées sont en cours. La découverte de la nature de la matière noire est l'une des principales quêtes de la physique contemporaine. Jusqu'à présent, cette forme de matière présente dans tout l'Univers n'a été détectée que par son influence gravitationnelle. (Image Credit: T. Daylan et al., Fermi Space Telescope, NASA) 10 mars 2014 |
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Quelle est la taille des formations cosmiques lorsqu'elles sont très éloignées de nous? Lorsqu'on espionne l'Univers lointain, la réponse à cette question peut nous renseigner sur son histoire gravitationnelle et conséquemment sur sa composition (matière ordinaire, matière noire, etc.). Pour mieux cerner cette question, on a mesuré dans le projet BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) du Sloan Digital Sky Survey-III (SDSS-III) de minimes augmentations périodiques de la densité de galaxies situées jusqu'à 6 milliards d’années-lumière (un décalage vers le rouge d'environ 0,7), observant ainsi l'Univers alors qu'il avait à peu près la moitié de son âge actuel. La théorie prédit que des ondulations de la densité appelées oscillations acoustiques des baryons (BAOs en anglais) seraient nées alors que l'Univers était très jeune à une échelle précise. Ces ondes acoustiques ont été produites par l'interaction entre les baryons (protons et neutrons) et les photons avant l'étape de la recombinaison des électrons. Les mesures de BOSS des variations passées indiquent une composition de l'Univers très forte en énergie sombre à cette lointaine époque, ce qui confirme les résultats obtenus précédemment par diverses autres méthodes. Ce dessin artistique décrit les effets des oscillations acoustiques des baryons mesurées par le projet BOSS sur la structure actuelle de l'Univers. Les sphères du dessin montrent la taille actuelle des BAOs. Les galaxies ont une légère tendance à s'agglomérer le long de ces sphères, mais cette tendance a été grandement exagérée dans ce dessin. Les BAOs peuvent être utilisés comme un standard (la ligne blanche) pour mesurer la distance de toutes les galaxies de l'univers visible. (Illustration Credit: Zosia Rostomian (LBNL), SDSS-III, BOSS) 20 janvier 2014 |
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C'est l'une des plus massives structures de l'Univers. Sur cette image captée par la caméra ACS (Advanced Camera for Surveys) du télescope Hubble, on constate que l'amas de galaxies Abell 1689 déforme l'espace comme le prévoit la théorie de la gravité d'Albert Einstein et dévie ainsi la lumière des galaxies situées derrière lui. C'est cette déviation de la lumière qui produit les arcs multiples que l'on voit sur cette image. La puissance de cette immense lentille gravitationnelle dépend de sa masse, mais il s'avère que la matière visible de cet amas, celle émise par les galaxies jaunâtres de l'image, n'est que de 1 % de la masse qu'il faudrait pour produire les arcs bleutés. L'essentiel de la masse gravitationnelle nécessaire pour courber l'espace à ce point et produire une telle lentille est donc sous la mystérieuse forme de matière sombre. Un examen détaillé de cette image a de façon étonnante révélé la présence de plus de 100 000 amas globulaires dans cet amas. Abell 1689 est à environ 2,2 milliards d’années-lumière de nous en direction de la constellation de la Vierge. (Credit: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA), and J. Blakeslee (NRC Herzberg, DAO) & H. Ford (JHU)) 17 septembre 2013 |
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La taille de la galaxie elliptique NGC 7600 est comparable à celle de la Voie lactée. Cette galaxie est à environ 150 000 années-lumière de nous en direction de la constellation du Verseau. Cette image couvre un champ comparable à celui de la Lune, soit environ 0,5°. Grâce à la haute résolution de cette image, on peut y apercevoir une série de coquilles qui entourent la galaxie. On pense que ces structures étonnantes proviennent de l'accrétion par la gravité de la galaxie de matière sombre et d'étoiles sur un temps à l'échelle cosmologique, des milliards d'années. D'ailleurs, une simulation numérique de la formation d'une galaxie basée sur un modèle cosmologique qui incorpore la présence de matière sombre dans le halo de galaxies qui fusionnent reproduit l'apparence de NGC 7600 de façon étonnamment détaillée. La vidéo de cette remarquable simulation est disponible sur Vimeo et aussi en d'autres formats. Les caractéristiques des galaxies provenant de la fusion de plusieurs petites galaxies seraient donc des conséquences naturelles des lois de la physique et de la présence de la matière sombre. On ne connait cependant toujours pas la nature de la matière sombre. (Image Credit & Copyright: Ken Crawford (Rancho Del Sol Observatory) Collaboration: Andrew Cooper (MPA), Carlos Frenk, John Helly, Shaun Cole (Institute for Computational Cosmology), David Martinez-Delgado (MPIA), Star Stream Pilot Survey Group) 23 décembre 2011 |
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Que verriez-vous si vous étiez capable de voyager de par l'Univers et de visualiser la matière sombre? Même si la technologie pour entreprendre un tel périple ne verra pas le jour d'ici des lunes, celle qui nous permet de simuler ce voyage est en plein essor. En fait, elle a fait un grand bond en avant grâce à la simulation cosmologique Bolshoi, un mot russe qui se traduit par grandiose ou grand et qui est bien connu à cause du Théâtre Bolshoi. Cette simulation a été réalisée par le superordinateur Pleiades, le septième plus rapide au monde. Ses processeurs ont effectué plus de 6 millions d'heures de calcul pour réaliser cette simulation. La simulation montre d'abord la répartition assez uniforme de la matière sombre laquelle répartition a été déduite des données du rayonnement de fond cosmologique. Le reste de la simulation qui montre l'actuelle répartition de la matière sombre s'appuie sur les paramètres du modèle standard de l'évolution de notre Univers, le modèle qu'on nomme maintenant LCDM (Lambda Cold Dark Matter). Les spots brillants correspondent à de hautes concentrations de matière sombre, des endroits normalement invisibles qui peuvent contenir plusieurs galaxies comme la nôtre. En ces endroits où l’on aperçoit sur la vidéo de longs filaments dominés par la matière sombre, les amas de galaxies sont dominés par la matière sombre. Des comparaisons statistiques indiquent un accord entre la simulation Bolshoi et les cartes actuelles de l’Univers. Cette simulation ne répond cependant pas aux nombreuses questions découlant des récentes découvertes en cosmologie : quelle est la composition de la matière sombre, quelle est la nature de l’énergie sombre et comment se sont formées les premières étoiles et les premières galaxies? (Video Credit: A. Klypin (NMSU), J. Primack (UCSC) et al., Chris Henze (NASA Ames), NASA's Pleiades Supercomputer Music (© 2002): Her Knees Deep in Your Mind by Ray Lynch) 3 octobre 2011 |
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Cet amas de galaxies est un vrai fouillis. En effet, les galaxies de l'amas Abell 2744 sont concentrées en certains endroits au lieu d'être distribuées uniformément. Mais les gaz chauds qui émettent des rayons X colorés en rouge sur cette image sont distribués de manière différente de la matière sombre. La matière sombre colorée en bleu constitue plus de 75% de la masse de cet amas. On déduit sa présence en mesurant le phénomène de lentilles gravitationnelles induites par la gravité de la matière sombre sur les galaxies lointaines. On pense que la distribution irrégulière des galaxies d'Abell 2744 proviendrait de la lente fusion de 4 plus petits amas galactiques qui se serait déroulée depuis quelques milliards d'années. L'image du jour a été construite en utilisant des photos prises en lumière visible par le télescope Hubble et le VLT ainsi que des données recueillies par Chandra dans le domaine des rayons X. Abell 2744 que l'on nomme aussi l'amas de Pandore couvre une région de plus de 2 millions d’années-lumière. On peut l'apercevoir dans la constellation du Sculpteur en utilisant un très gros télescope. (Image Credit: NASA, ESA, J. Merten (ITA, AOB), & D. Coe (STScI)) 29 juin 2011 |
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Quelles formes la matière prend-elle dans Abell 1689 un immense amas galactique situé dans la constellation de la Vierge? Afin de répondre à cette question, il faut non seulement étudier attentivement les photographies de cette région prises par le télescope spatial Hubble, mais il faut aussi recourir à des simulations informatiques détaillées. Il faut d’abord réaliser que chaque petite tache jaunâtre floue de cette image est une galaxie entière. On constate aussi que plusieurs galaxies situées en arrière-plan sont bizarrement agrandies et déformées dans une direction qui suit de longs arcs de cercle. C’est l’effet de lentille gravitationnelle qui produit ces distorsions. L’analyse de ces arcs révèle la présence d’une quantité importante de matière sombre dans cet amas : sur cette image, la matière sombre est représentée par le l’immense halo violet. Mais les résultats obtenus pour Abell 1869 sont énigmatiques, car aucune simulation informatique prenant en compte la répartition de la matière et de la matière sombre n’a encore réussi à reproduire tous les arcs observés. Les cosmologues sont cependant sûres qu’ils pourront un jour élucider le mystère de la matière sombre en accumulant de plus en plus de données provenant d’amas galactiques semblables à Abell 1689. (Credit: NASA, ESA, E. Jullo (JPL), P. Natarajan (Yale), & J.-P. Kneib (LAM, CNRS) Acknowledgment: H. Ford and N. Benetiz (JHU), & T. Broadhurst (Tel Aviv)) 24 août 2010 |
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Ce que nous voyons d’une
galaxie est passablement fascinant. Mais ce que nous ne voyons pas l’est
tout autant. L’image du jour est une photo réalisée à l’aide
du VLT
(Very Large Telescope) de la grande galaxie
spirale NGC 1232. En lumière
visible, on peut observer les millions d’étoiles
brillantes et les lignes de poussières sombres présentes
dans les bras spiraux, ainsi que le noyau typiquement
jaunâtre d’une galaxie spirale. Mais il y a également
des milliards d’étoiles de faible luminosité ainsi
que d’immenses étendues de gaz interstellaires qui restent
invisibles, mais dont la masse est si importante qu’ils dominent
la dynamique
gravitationnelle interne de la galaxie. En plus, la matière
sombre, dont nous ignorons toujours la nature, est omniprésente,
car sans celle-ci nous serions incapables d’expliquer les mouvements
de la matière visible de plusieurs galaxies. (Credit: FORS1, 8.2-meter
VLT Antu, ESO) 24 août 2008 REPRISE : 25 janvier 2004, 22 mai 2001 et 30 septembre 1998 (photo qualité moindre) |
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Cette image montre la répartition
de la matière dans l’amas galactique 1E 0657-56 connu sous
le nom de l’«Amas
du Boulet». Ce sont les études menées sur cet
amas qui ont confirmé le plus solidement l’existence de la
matière sombre. La masse additionnée des galaxies visibles
dans cet amas ne constitue qu’une petite fraction de la masse totale
de l’amas. La teinte rouge de la photographie correspond aux sources
de rayon X de l’amas, essentiellement des nuages gazeux. Quant à la
teinte bleue, elle correspond à la distribution de la matière
qui n’émet pas de radiation, la matière sombre. Comment
fait-on pour connaître l’emplacement et la quantité de
matière sombre si elle n’émet pas de radiation? C’est
en utilisant l’effet de lentille gravitationnelle (fiche
5 de cette section) de l’amas sur la lumière provenant
de galaxies situées à l’arrière de l’amas
qu’on peut y parvenir. La séparation nette entre la matière
sombre et le gaz de l’amas est considérée comme une
preuve solide de l’existence de la matière sombre. (Composite
Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/ M.Markevitch et
al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/ D.Clowe
et al. Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.) 23 août 2008 REPRISE du 24 août 2006 |
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L’Univers lointain est-il
tel qu’il nous apparaît? Les astronomes espèrent que
non. Comme une veille vitre qui déforme les images, la matière
sombre déforme les images en provenance de l’Univers lointain.
Les galaxies lointaines apparaissent alors anormalement plates et sont
trop similaires à leurs voisines. On peut estimer la distribution
de matière sombre en étudiant ces déformations. L’analyse
de la position de 200 000 galaxies lointaines photographiées
par le télescope Canada-France-Hawaii (CFHT)
montre qu’il existe un immense réseau de matière noire.
On espère même obtenir les détails de la distribution
de la matière noire. L’image du jour a été générée
par ordinateur. Elle montre comment la matière noire, représentée
par la couleur rouge, modifie le trajet de la lumière et la forme
des galaxies lointaines, les points bleus. (Credit: S.
Colombi (IAP), CFHT
Team) 30 mars 2008 REPRISE : 15 mars 2007 |
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Le sujet de la photographie
est la «Matière sombre» dans l’amas Abell 520.
Sur cette photo, la matière sombre est représentée
en bleu. C’est en étudiant la déviation de la lumière
des autres galaxies qu’on a pu tracer la carte de cette matière
sombre. La matière normale, dont la répartition a été déterminée
par des observations en rayons X, est en rouge. Le principal intérêt
de la photo est la répartition non uniforme de la matière
sombre et de la matière normale, une autre énigme auquelle
il faudra trouver une réponse. (Credit: X-ray: NASA / CXC/ U.
Victoria/ A. Mahdavi et
al. Optical/Lensing: CFHT/ U.
Victoria/ A.
Mahdavi et al.) 20 août 2007 |
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Un anneau de matière
sombre autour de l’amas galactique CL0024+17. La photographie
provient de HST. L’effet de lentille gravitationnelle sur des
galaxies situées loin à l’arrière indique
qu’un immense anneau de matière sombre entoure le centre
de l’amas CL0024+17. Un examen attentif de la photographie montre
aussi une image multiple de quelques galaxies. L’image produite
par le modèle mathématique de l’anneau de matière
sombre est superposée à la photographie en bleu diffus
pour montrer son emplacement. Le rayon de cet anneau fait 5 Mal de
diamètre. (Credit: NASA, ESA, M.
J. Jee & H.
Ford et
al. (Johns
Hopkins U.)) 16 mai 2007 |
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La masse totale de l'amas galactique géant CL0025+1654 produit un effet de lentille gravitationnelle qui courbe la lumière (fiche 5) comme le prédit la théorie de la gravité d'Einstein. Cet amas qui est à environ 4,5 milliards d’années-lumière de la Terre peut ainsi former plusieurs images d'une seule galaxie encore plus lointaine. La masse totale de l'amas comprend celle de la matière sombre dont l'origine est encore totalement inconnue. Grâce a des images comme celle-ci, les scientifiques ont cependant réussi à construire une carte de la répartition de la matière sombre de cet amas. L'image du jour est justement cette carte. La matière sombre est représentée en bleu et alors que les galaxies sont en jaune. Ces travaux scientifiques basés sur les observations du télescope Hubble révèlent que la distribution de la matière sombre n'est pas uniforme, mais qu'elle suit la répartition de la matière ordinaire, celle qui émet de la lumière. (Credit: J.-P. Kneib (Observatoire Midi-Pyrenees, Caltech) et al., ESA, NASA) 14 août 2003 |
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La galaxie elliptique NGC 720 est entourée d'un nuage cosmique gazeux qui émet des rayons X, comme le montre cette image en fausses couleurs provenant des données recueillies par l'observatoire spatial Chandra. La température extrême de 7 millions de degrés Celsius du gaz devrait le catapulter loin de la galaxie, car la gravité de l'ensemble des étoiles visibles de NGC 720 ne peut les retenir sur place. La seule explication possible de la stabilité de ce nuage gazeux est la présence de matière sombre entourant NGC 720. On peut aisément faire la différence sur cette image entre les sources ponctuelles de rayon X et le nuage diffus. On peut utiliser la forme du nuage pour déterminer la distribution de la matière sombre dans cette galaxie. On ne connait pas la nature de la matière sombre, mais on sait qu'elle constitue la partie la plus importante de la masse de l'Univers. NGC 720 est à quelque 80 millions d’années-lumière de nous en direction de la constellation de la Baleine. (Credit: D. Buote (UC Irvine) et al., CXC, NASA) 26 octobre 2002 |
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Quelle est la répartition de la matière ordinaire dans l'Univers? Les observations récentes recueillies dans le domaine des rayons X grâce à l'observatoire spatial Chandra montrent qu'elle est surtout concentrée dans des filaments de gaz chaud. En fait, c'est la matière baryonique auquel on donne le nom populaire de «matière ordinaire». La matière baryonique est constituée des protons, des neutrons, etc., bref des particules qui forment tout ce qui nous entoure. Jusqu'à ce jour, la quantité de matière ordinaire prédite par les modèles de l'Univers primordial dépassait ce que l'on observait dans les galaxies et les amas galactiques. Les observations de Chandra ont montré l'existence de filaments massifs et chauds dans le milieu intergalactique en se basant sur la faible diminution d'intensité des rayons X en provenance de quasars lointains, laquelle diminution est probablement produite par l'absorption de ces radiations par du gaz chaud. L'image qui nous est présentée provient d'une simulation numérique montrant la distribution du gaz chaud dans une très grosse tranche de 2,7 milliards d’années-lumière de diamètre et d'une épaisseur de 300 millions d’années-lumière. Il est probable que la distribution de la matière sombre dont nous ignorons la nature est semblable à celle de la matière ordinaire. Il existe un autre composant qui domine davantage l'Univers, c'est l'énergie sombre dont la nature et la distribution sont encore plus inconnues. (Credit & Copyright: James Wadsley (McMaster U.) et al.) 21 août 2002 |
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Il peut parfois s’avérer utile d’observer une région de la sphère céleste où il n’y a rien! La région du ciel de cette photo a justement été choisie parce que rien ne s’y trouve : pas d’étoiles ni de galaxies brillantes et pas de nébuleuses pittoresques. Mais, on y trouve quand même quelques étoiles de notre galaxie, la Voie lactée, et de nombreuses galaxies lointaines dispersées dans l’Univers. La lumière provenant des galaxies les plus lointaines est déviée légèrement par la gravité des galaxies plus rapprochées. Cette déviation produit des images déformées des galaxies lointaines. On peut déduire la répartition de matière dans l’espace même sans la voir en analysant ces distorsions auxquelles on donne aussi le nom de lentille gravitationnelle. On peut aussi déduire la masse totale d’un amas de galaxies de cette manière et chercher où se trouve la matière sombre. Le cercle sur cette image correspond à un amas de galaxies qui a été découvert non pas par la lumière qu’il émet, mais par la déviation qu’il produit de la lumière des galaxies lointaines. (Credit & Copyright: Bell Labs-Lucent Technologies, AURA, NOAO, NSF) 8 juillet 2002 |
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Ce qui semble confus pour certains est clair comme du cristal pour d'autres. En effet, le fond diffus cosmologique qui vient de partout dans l'Univers pourrait bien avoir l'aspect flou de cette image si notre Univers contenait des quantités importantes de matière sombre et d'énergie sombre. Et il semble que ce soit le cas. Cette conclusion basée sur l'analyse fine de la température et de l'espacement des bosses étonne ceux qui étaient convaincus que les observations d'accélération de l'expansion de l'Univers (l'énergie sombre) basées sur les supernovae lointaines étaient trop imprécises. Voilà donc une nouvelle approche qui vient supporter l'existence de la matière sombre et de l'énergie sombre. Les mesures ont été réalisées par un nouveau groupe de télescopes micro-ondes : le «Very Small Array» installé à Ténériffe en Espagne. Ces bosses sont les objets les plus anciens que nous ayons observés. (Credit: Very Small Array Collaboration) 29 mai 2002 |
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Afin de connaître la masse de la matière sombre cachée dans les bras floconneux de NGC 4414, on a utilisé le télescope Hubble. On donne parfois le nom de spirale floconneuse à des galaxies qui présentent des formes grumeleuses le long de leurs bras les rendant ainsi plus difficiles à localiser précisément. Ce genre de galaxie spirale est très répandu et NGC 4414 est l'une des plus rapprochées de nous, à seulement 62 millions d’années-lumière. La vitesse de révolution des étoiles et des gaz situés sur la bordure du disque des galaxies spirales est trop grande par rapport à la quantité de matière visible de ces galaxies. Il faut qu'il y ait une grande quantité de matière que l'on ne voit pas, la matière sombre, présente dans les galaxies spirales pour rendre compte de la vitesse de rotation des bras de celles-ci. Cette image est dominée par le noyau brillant de NGC 4414. L'étoile visible à droite fait évidemment partie de la Voie lactée. Le centre de NGC 4414 renferme probablement peu de matière sombre. C'est en mesurant la vitesse de rotation de divers points de la galaxie que l'on obtient sa courbe de rotation. De cette courbe, on peut déduire la répartition de la matière sombre. On s'efforce aussi de déterminer avec le plus de précision possible la distance qui nous sépare de NGC 4414 afin d'obtenir une échelle fidèle pour mesurer les distances dans l'Univers. (Credit: Olivier Vallejo (Observatoire de Bordeaux), HST, ESA, NASA) 3 avril 2002 |
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Nous vivons à l'époque où les scientifiques débattent de la nature intrinsèque de l'Univers. Mais cette année en particulier, la quête de la théorie cosmologique semble se faire à tâtons dans l'obscurité. La plupart des scientifiques admettent aujourd'hui que la matière sombre et l'énergie sombre dont les deux composantes majeures de l'Univers tout comme les chimistes l'avait fait avec l'oxygène et l'azote de l'air même si ces gaz sont invisibles. Lorsque nous aurons compris la nature des deux composantes principales de l'Univers cependant, nous ne ferons que quitter le moyen âge de la cosmologie. Il reste en effet plusieurs concepts relativement inexplorés comme les dimensions spatiales supérieures, les théories des cordes des particules élémentaires, la quintessence cosmologique et les nouvelles formes de la théorie de l'inflation cosmique qui rivalisent entre elles pour tenir un rôle important dans une théorie cosmologique plus complète. Les théories décrivant le comportement de l'air invisible ont contribué à la création des avions, du masque à oxygène et de nombreuses autres applications dont le moteur à explosion. La compréhension de la nature de la matière sombre et de l'énergie sombre pourrait nous mener à des inventions encore plus spectaculaires et utiles. La photographie présentée nous montre les plus grands télescopes optiques qui s'apprêtent à espionner l'Univers sombre et lointain, les deux télescopes Keck et le télescope Subaru. (Credit: W. M. Keck Observatory, Mauna Kea Observatory) 31 décembre 2001 |
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Où la matière sombre se trouve-t-elle? On sait que les galaxies tournent sur elle-même et se déplacent à l’intérieur de leur amas comme si elles étaient soumises à la force de gravité d’une énorme quantité de matière invisible. La matière sombre existe-t-elle aussi ailleurs dans l’Univers que dans les galaxies ou dans les amas galactiques et, si oui, où? On peut trouver les réponses à ces questions en comparant la distribution observée des galaxies à celle obtenue de simulations numériques. Cette comparaison est maintenant bien plus précise grâce au recensement de plus de 100 000 galaxies du programme 2dFGRS (2 degree Field Galaxy Redshift Survey). Cette image provenant d'une simulation numérique de notre Univers sur une tranche de 300 millions d’années-lumière, la matière sombre est représentée en gris alors que les cercles colorés sont des galaxies. La boîte rouge correspond à l'emplacement d'un dense amas de galaxies, alors que la boîte noire correspond à une région plus représentative de l'Univers. Les analyses montrent que la gravité immense de la matière sombre attire la matière normale vers elle et qu'en conséquence la matière visible et la matière sombre sont groupées dans les mêmes régions. (Credit & Copyright: A. J. Benson (Caltech) et al., U. Durham, PPARC) 19 décembre 2001 |
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Situées à plus de 2 milliards d’années-lumière de la Terre, les galaxies des amas Abell 2390 (en haut) et MS2137.3-2353 (en bas) nous sont présentées sur des images d'Hubble en fausses couleurs à droite. Les deux images de gauche proviennent du télescope Chandra et elles nous montrent les deux amas en rayon X. Sur les images d'Hubble, on voit plusieurs galaxies, mais sur celles de Chandra, elles semblent avoir toutes disparu. On ne voit en rayon X que le rayonnement du gaz intergalactique chauffé à des millions de degrés, ce qui peut sembler assez mystérieux. Mais un autre mystère profond est soulevé par ces photos. La masse totale des galaxies visibles dans les panneaux de droite additionnée à la masse des gaz des panneaux de gauche est bien inférieure à la masse gravitationnelle qu'il faudrait pour retenir ces gaz à l'intérieur de ces amas. Elle ne représente selon les calculs que 13% de ce qu'il faudrait comme masse. Les effets de lentille gravitationnelle qui produisent les arcs lumineux dans les images d'Hubble indiquent aussi que ces amas devraient contenir beaucoup plus de masse que celles que l'on peut déterminer en lumière visible et en rayon X. Les astronomes doivent donc conclure qu'une composante importante de ces amas est invisible pour Hubble et pour Chandra, c'est la matière sombre. On ne sait absolument quelle est la nature de la matière sombre, voilà le mystère profond. (Credit: S. Allen (IoA Cambridge) et al., NASA) 24 octobre 2001 |
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Sur la croûte glacée près du «bas de notre planète», des instruments incroyablement complexes sont à l'écoute pour capter un écho plus précis provenant de la naissance de notre Univers. Le dimanche 29 avril 2001, trois équipes utilisant trois de ces instruments ont annoncé que les données recueillies des harmoniques indiquent que notre Univers ne contient que 5% de matière ordinaire (la matière baryonique), le reste soit 95% serait constitué de matière noire ou d'énergie sombre (fiche 4). Cette quantité de matière ordinaire était celle qu’on avait prédite si l’hypothèse de l’inflation, une période très brève d’expansion démesurément rapide de l’Univers juste après le big bang, était vraie. Ces mesures qui détectent les petites variations des microondes du rayonnement de fond cosmologique (RFC) ont une résolution de 0,1°. On pense que ces fluctuations ont été créées par les ondes sonores qui se déplaçaient dans l’Univers au début de son expansion. On voit sur cette photo le récepteur du DASI (Degree Angular Scale Interferometer) qui enregistre les données du RFC. Des résultats semblables ont été obtenus dimanche (29 avril 2001) par les équipes BOOMERanG et MAXIMA. (Credit & Copyright: DASI, CARA, NSF) 1 mai 2001 |
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L'amas galactique de l'Hydre comprend plus de 100 galaxies brillantes. En raison de la masse de l'amas, on pense qu'il contient aussi quelques galaxies moins lumineuses. L'amas de l'Hydre fait partie du superamas de l'Hydre qui contient principalement l'amas de l'Hydre (Abell 1060) et une douzaine de groupes galactiques. Les superamas sont les plus grandes structures connues de l'Univers, alors que les amas sont les plus gros objets liés gravitationnellement. Les analyses des radiations X émises par les amas, les études de la distribution des radiations X ainsi que celle des mouvements internes des amas montrent que la majeure partie de leur masse est invisible, c'est ce que l'on appelle la matière sombre. Abell 1060 contient même une proportion de matière sombre plus grande que des amas similaires. C'est un fait qui embête les astronomes, car on ne sait pas pourquoi il se différencie ainsi des autres amas. Abell 1060 est situé dans la constellation de l'Hydre à quelque 158 millions d’années-lumière de nous. Il fait environ 10 millions d’années-lumière de diamètre. (Credit & Copyright: David Malin (AAO), AATB) 16 avril 2001 |
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La lumière provenant d'un quasar lointain dépourvue d'une composante du spectre électromagnétique peut nous indiquer que l'Univers est rempli d'énormes quantités d'hydrogène ionisé. La lumière du quasar QSO H1821+643 de cette photographie nous parvient d'un endroit situé à peu près au quart de l'univers observable. L'analyse du spectre de cette lumière montre que des ions d'oxygène se sont interposés entre le quasar et nous absorbant ainsi une partie de la radiation. Les astronomes pensent que cet oxygène est sûrement accompagné d'une quantité encore plus importante d'hydrogène ionisé qui est invisible. L'oxygène serait en quelque sorte la pointe de l'iceberg, témoin d'un univers rempli de protons et d'électrons dont la masse excèderait celle de toutes les étoiles réunies. Mais, ce n'est qu'une faible partie de la matière sombre que les astronomes cherchent depuis les années 1930, une forme de matière dont la nature reste encore inconnue. (Credit: Todd M. Tripp (Princeton) et al. WIYN Observatory, NOAO, NSF; & HST, NASA) 16 mai 2000 |
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Est-ce que la gravité des galaxies de cette image est assez forte pour retenir ce gaz chaud lumineux? Cette image est une superposition d'une photographie prise en lumière visible avec des données captées dans le domaine des rayons X par le satellite ROSAT. L'analyse des données rayons X confirme que la gravité nécessaire pour contenir tout ce gaz excède la gravité combinée de toutes les galaxies de cet amas. On attribue le surplus de gravité nécessaire à la matière sombre dont la nature et l'abondance sont l'un des mystères principaux de l'astronomie moderne. (Credit: Richard Mushotzky (GSFC/NASA), ROSAT, ESA, NASA) 4 avril 1999 REPRISE du 2 septembre 1995 |
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Il est difficile de cacher une galaxie à l'arrière d'un amas galactique. L'amas de galaxies agira alors comme une immense lentille gravitationnelle en déviant la lumière. L'image de la galaxie sera alors déplacée sur les côtés et elle sera grandement déformée. C'est ce que l'on observe sur cette photographie du Very Large Telescope (VLT) publiée récemment. L'amas CL2244-02 formé de plusieurs galaxies jaunâtres produit un immense arc comme image d'une galaxie bleue et blanche lointaine. Un examen attentif de cette photo révèle au moins une autre galaxie lointaine dont l'image rouge peut être observée un peu en haut du centre. Ces images de galaxies lointaines ne peuvent être produites que si de la matière est distribuée uniformément dans l'amas en entier et non concentrée dans les galaxies jaunes. On a donné le nom de matière noire ou encore de matière sombre à cette matière que nous ne voyons pas. L'analyse de ce genre d'image déformée permet aux astronomes de déterminer la distribution de la matière noire dans des amas galactiques, mais la nature de cette mystérieuse matière demeure totalement inconnue. (Credit: ISAAC, 8.2-meter VLT, ESO) 4 janvier 1999 |
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La galaxie spirale NGC 5091 est au premier plan de cette image. Les bras spiraux de NGC 5091 que l'on voit presque par la tranche sont néanmoins nettement distinguables. La grosse galaxie elliptique à l'arrière de NGC 5091 est NGC 5090. Ces deux galaxies sont dans la constellation du Centaure, mais elles sont à environ 100 millions d’années-lumière l'une de l'autre. Pouvez-vous voir à travers la galaxie spirale? La réponse précise à cette question a d'importantes implications dans la recherche de la nature de la matière noire et dans la détermination du taux de formation des étoiles. La comparaison des régions superposées et non superposées de cette paire galactique et d'autres paires offre une manière élégante de trouver cette réponse. (Credit: R. White, W. Keel (U. Alabama), C. Conselice (U. Chicago)) 5 décembre 1977 |
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Cette image de l'amas galactique de la Vierge captée par le satellite ROSAT nous révèle les émissions de rayon X d'un plasma chaud qui est répandu dans l'amas et dont la température varie de 10 à 100 millions de degrés. On a utilisé de fausses couleurs pour représenter l'intensité des émissions rayon X. La plus vaste région d'émission de rayon X, sous et à gauche du centre, est large d'environ un million d’années-lumière. La galaxie elliptique géante M87 (NGC 4486), le membre le plus gros de l'amas, est au centre de cette région, alors que les autres galaxies sont dispersées tout autour. Les astronomes ont découvert que la masse des gaz émettant des rayons X est jusqu'à cinq fois plus grande que la masse totale des galaxies de l'amas. Mais, toute cette masse est encore insuffisante pour retenir gravitationnellement les membres de l'amas. Où est donc le reste de la masse? Comme les amas galactiques sont les plus grandes structures de l'Univers, cette mystérieuse matière noire doit dominer le cosmos, mais sa nature exacte demeure encore totalement inconnue. (Credit: R. Mushotzky and S. Snowden LHEA/ GSFC, ROSAT) 19 avril 1996 |
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De quoi est faite notre galaxie, la Voie lactée? Les mouvements des étoiles nous indiquent qu'il y a beaucoup plus de masse que celle des étoiles et du gaz. Des photos comme celles-ci peuvent contenir un indice au sujet de la matière noire. Cette image est une première. Elle montre une étoile pâle de notre galaxie se déplaçant devant une étoile brillante située à l'arrière. La flèche montre l'augmentation de l'éclat de cette étoile, augmentation produite par la déviation de la lumière causée par la gravité de l'étoile pâle. Si plusieurs MACHOs (Massive Astronomical Compact Halo Object) étaient présents dans notre galaxie, plusieurs effets de lentille gravitationnelle comme celle-ci devraient se produire lorsqu'on photographie le Grand Nuage de Magellan. Une équipe de chercheurs dirigée par Charles Alcock a publié ce mois-ci un article dans lequel elle soutient qu'il y a suffisamment d'effets de lentille gravitationnelle provenant des MACHOs dans notre galaxie pour rendre compte de la moitié de la matière noire de la Voie lactée. Il se pourrait bien que cette spectaculaire déclaration soit correcte, mais il faudra attendre d'autres observations pour la confirmer. (Credit: OGLE Event #1, B. Paczynski, A. Udalski and the OGLE Collaboration) 2 février 1996 |
