Une nouvelle carte de la matière noire dans l’univers met en lumière plusieurs structures filamenteuses jusqu’alors inconnues qui relient les galaxies entre elles.
La carte, développée à l'aide de l'apprentissage automatique par une équipe internationale comprenant un astrophysicien de Penn State, pourrait permettre des études sur la nature de la matière noire, l'histoire et l'avenir de notre univers.
Qu'est-ce que la matière noire
La matière noire est une substance insaisissable qui représente 80 % de l’univers. Il fournit également le « squelette » de ce que les cosmologistes appellent le réseau cosmique, la structure à grande échelle de l'univers qui, grâce à son influence gravitationnelle, dicte le mouvement des galaxies et d'autres matériaux cosmiques.
Cependant, la distribution de la matière noire est actuellement inconnue. Nous ne savons toujours pas comment le mesurer directement.
Les chercheurs déduisent sa distribution en se basant sur son influence gravitationnelle sur d’autres objets de l’univers, comme les galaxies.
Si loin, si près
Ironiquement, il est plus facile d'étudier la répartition de la matière noire à une distance beaucoup plus lointaine "car elle reflète un passé très lointain, qui est beaucoup moins complexe", dit-il. Donghui Jeong, professeur agrégé d'astronomie et d'astrophysique à Penn State et auteur de l'étude.
"Au fil du temps, à mesure que la structure à grande échelle de l'univers s'est développée, la complexité de l'univers a augmenté, il est donc intrinsèquement plus difficile d'effectuer des mesures sur la matière noire au niveau local."
Les tentatives précédentes pour cartographier la toile cosmique ont commencé avec un modèle de l’univers primitif. A partir de ce modèle, l'évolution sur des milliards d'années a ensuite été simulée. Une méthode exigeante en termes de calcul, qui n’a jusqu’à présent pas produit de résultats suffisamment détaillés.
À la recherche de la structure des galaxies
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont adopté une approche complètement différente. Avec l'apprentissage automatique, ils ont développé un modèle qui exploite les informations sur la distribution et le mouvement des galaxies pour prédire la distribution de la matière noire.
Les chercheurs ont construit et entraîné leur modèle à l'aide d'un vaste ensemble de simulations de galaxies, appelées Illustris-TNG, qui comprend les galaxies, les gaz, d'autres matières visibles et la matière noire. L'équipe a spécifiquement sélectionné des galaxies simulées comparables à celles de la Voie lactée et a finalement identifié les propriétés des galaxies nécessaires pour prédire la distribution de la matière noire.
Expérience simulée
"Lorsqu'on lui donne certaines informations, le modèle peut essentiellement combler les lacunes en fonction de ce qu'il a observé précédemment", explique Jeong.
« La carte de nos modèles ne correspond pas parfaitement aux données de simulation, mais nous pouvons tout de même reconstruire des structures très détaillées. Nous avons constaté qu'inclure le mouvement des galaxies ainsi que leur distribution améliorait considérablement la qualité de la carte et nous permettait de voir plus de détails.
La carte résultante du réseau cosmique local est publiée dans un article est apparu en ligne le 26 mai dans l'Astrophysical Journal.
Comment la nouvelle carte de la galaxie est faite
"Disposer d'une carte locale de la toile cosmique ouvre un nouveau chapitre de l'étude cosmologique", a déclaré Jeong. « Nous pouvons étudier la relation entre la distribution de la matière noire et d’autres données d’émission, ce qui nous aidera à comprendre la nature de la matière noire. Et nous pouvons étudier directement ces structures filamenteuses, ces ponts cachés entre les galaxies.
Par exemple, il a été suggéré que les galaxies de la Voie lactée et d’Andromède pourraient se rapprocher lentement l’une de l’autre, mais il n’est pas clair si elles pourraient entrer en collision sur plusieurs milliards d’années. L’étude des filaments de matière noire reliant les deux galaxies pourrait fournir des informations importantes sur leur avenir.
"Parce que la matière noire domine la dynamique de l'univers, elle détermine essentiellement notre destin", a déclaré Jeong. « Nous pouvons donc demander à un ordinateur de faire évoluer la carte sur des milliards d’années pour voir ce qui se passera dans l’univers local. Et nous pouvons faire évoluer le modèle dans le temps pour comprendre l’histoire de notre voisinage cosmique. »
Les chercheurs pensent qu'ils peuvent améliorer la précision de leur carte en ajoutant plus de galaxies.
