Depuis des décennies, les cosmologistes savent qu’environ 17% de la matière de l’Univers est de la matière baryonique ordinaire, celle qui constitue les étoiles, les planètes et les êtres humains. Le problème a toujours été de la trouver. Les relevés directs d’étoiles et de gaz n’ont jamais suffi, ne représentant qu’environ la moitié du total prévu.
Une nouvelle étude utilisant les sursauts radio rapides comme sondes cosmiques a retracé le reste. Cette matière se cachait pourtant à la vue de tous : dans un plasma diffus s’étendant entre et autour des galaxies, repoussé à des échelles bien plus grandes que ne le prévoyaient les modèles standards.
Les FRB comme lampes de poche cosmiques
Les sursauts radio rapides sont des impulsions radio millisecondes provenant de sources extragalactiques. En traversant l’Univers, les électrons libres présents dans le gaz ionisé étirent et brouillent le signal, un phénomène appelé dispersion. Plus un FRB traverse de matière, plus il devient dispersé.
Une équipe dirigée par Haochen Wang et Kiyoshi Masui au MIT a utilisé ce principe pour cartographier la matière invisible. Ils ont corrélé les mesures de dispersion de 2 873 FRB du catalogue CHIME/FRB 2 avec les positions d’environ 6 millions de galaxies du Dark Energy Spectroscopic Instrument Legacy Imaging Survey.
Le raisonnement est simple : si les baryons manquants existent sous forme de plasma diffus chaud dans le milieu intergalactique et circumgalactique, les FRB traversant des régions riches en galaxies devraient montrer une dispersion systématiquement plus élevée.
Où se trouve la matière
La corrélation était claire. Là où les galaxies étaient plus nombreuses, les FRB rencontraient plus de plasma diffus, confirmant que les baryons manquants sont distribués dans le milieu intergalactique et les halos entourant les galaxies.
Mais la distribution était plus large que prévu. Les galaxies semblent éjecter de la matière à des distances bien plus grandes que ne le prédisent les modèles actuels, repoussée vers l’extérieur par les rétroactions énergétiques des supernovae et des trous noirs supermassifs actifs.
« Nous trouvons de la matière manquante qui est repoussée à plus grande échelle », a déclaré Masui. « Ces mesures indiquent que l’activité stellaire et l’activité des trous noirs sont plus fortes et beaucoup plus violentes que prévu. »
Les résultats sont qualitativement cohérents avec les études Sunyaev-Zeldovich qui ont détecté des filaments de gaz s’étendant au-delà des paires de galaxies et ont trouvé des preuves d’une rétroaction renforcée dans les profils de densité baryonique.
Un nouvel outil pour la cosmologie
L’étude, publiée dans Physical Review Letters, démontre que les FRB sont une sonde puissante de la formation de la structure baryonique, qui ne fera que s’améliorer à mesure que les relevés s’étendent. CHIME continue de cataloguer des centaines de nouveaux FRB chaque année, et les réseaux radio de nouvelle génération promettent une sensibilité encore plus grande au milieu intergalactique diffus qui contient la majeure partie de la matière ordinaire de l’Univers.
L’implication est que la formation des galaxies est un processus plus violent et disruptif que ne le prévoient les modèles standards, les étoiles et les trous noirs repoussant le gaz bien au-delà des limites visibles des galaxies.
Traduit par Lydie