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Que nous révélera le James Webb Telescope sur la matière noire ?

Le miroir primaire du James Webb Telescope. Crédits : NASA

Le James Webb Telescope doit décoller le 24 décembre prochain. Une fois déployé, il sera l’observatoire le plus puissant jamais lancé dans l’espace et permettra aux astronomes de sonder l’univers comme jamais auparavant. Certains comptent notamment s’appuyer dessus pour explorer l’un des plus grands mystères de l’astrophysique.

La matière noire

Nous savons que la vitesse à laquelle une étoile doit se déplacer pour rester sur son orbite dépend de la force de gravité qui l’attire vers le centre de sa galaxie, et donc de la masse de celle-ci. Dans les années 70, en se focalisant sur les vitesses de plusieurs étoiles de la Voie lactée, l’astronome Vera Rubin s’était alors aperçue que la quantité de matière nécessaire pour maintenir ces étoiles sur leur orbite était insuffisante.

Dès lors, les astronomes avaient donc suggéré la présence d’une autre forme de matière, invisible, capable d’expliquer ces mouvements. Cette forme de matière, appelée « matière noire », composerait environ 26,8 % de l’Univers contre seulement 4,9% pour la matière normale (ou baryonique). Elle n’a jamais été détectée directement, mais le James Webb Telescope pourrait aider les astronomes de manière indirecte en étudiant ses effets sur la matière visible.

Des yeux fixés sur les lentilles

Pour aider les astronomes à localiser plus précisément cette matière noire, le JWT prendra des images extrêmement nettes dans lesquelles les chercheurs pourront observer les perturbations causées par les phénomènes de lentille gravitationnelle.

Prenons l’exemple d’une galaxie très ancienne alignée avec un amas de galaxies (la lentille) et la Terre. Les rayons lumineux de cette galaxie vont se courber et être déviés à cause du champ gravitationnel de l’amas galactique. Depuis la Terre, on pourra observer des arcs lumineux et des effets d’optiques tels que la déformation, le grossissement ou la multiplication de l’image ou encore l’augmentation de la lumière apparente de la galaxie d’arrière-plan.

Grâce à ces phénomènes de « loupe », les astronomes pourront déterminer la masse de ces objets, ainsi que la quantité de matière visible, et donc indirectement la quantité de matière noire.

lentille gravitationnelle james webb telescope
Un exemple de lentille gravitationnelle vue depuis la Terre. La lumière d’un objet en arrière-plan se retrouve déformée par le champ gravitationnel d’un objet massif intermédiaire. Crédits : Wikimedia Commons / ESA/Hubble & NASA

« Le James Webb Telescope sera particulièrement bien adapté pour ce type de mesure, car ses images très nettes permettront de mesurer de très petites perturbations et parce qu’il peut voir si profondément dans l’espace que cela lui donne accès à beaucoup plus de galaxies d’arrière-plan pour mesurer les perturbations causées par cet effet de lentille gravitationnelle« , selon une fiche d’information de la NASA.

Le JWT est également conçu pour voir plus loin dans l’espace que jamais auparavant, ce qui lui permettra également de voir plus loin dans le temps. En faisant ces observations si profondément dans l’espace, l’observatoire sera donc en mesure d’étudier le rôle de la matière dans l’évolution des galaxies.