Un nouvel éclairage sur la matière noire

Pourquoi les résultats de cette étude sont-ils si extraordinaires ?
Nous avons utilisé une technique spéciale pour cartographier la matière noire dans l'univers. L'univers actuel n'est composé que de 5 % de matière ordinaire. La matière noire, en revanche, représente 25% et l'énergie noire 70%. Ces deux composants obscurs sont encore un mystère et contiennent quelques-unes des questions les plus urgentes de la physique fondamentale actuelle. L'expérience DES utilise un phénomène appelé effet de lentille gravitationnelle - "gravitational lensing". Cela nous permet de détecter les deux composantes obscures.

Comment cela fonctionne-t-il ?
Comme la matière noire n'émet pas de lumière, elle est invisible. Mais comme elle a une masse, elle peut être observée en raison de sa gravitation. Ainsi, la matière noire influence par exemple les orbites des galaxies qui se déplacent à proximité d'elle. Le même effet de la gravitation influence également la propagation de la lumière. Les images de galaxies lointaines apparaissent ainsi légèrement déformées. Cet effet est appelé l'effet de lentille gravitationnelle. Nous pouvons maintenant utiliser ces légères distorsions pour reconstruire la propagation de la matière noire dans l'univers.

La carte qui vient d'être présentée est-elle la toute première de la matière noire ?
Non, il existait déjà des représentations comparables auparavant. Notre carte couvre toutefois la plus grande région contiguë jamais cartographiée.

La carte a l'air assez simple. Quel est le principal défi de la création d'une telle carte ?
Ce projet porte principalement sur l'analyse des données et la modélisation. Les deux sont très complexes dans ce cas. Il est également très difficile de mesurer l'effet de lentille gravitationnelle, car l'effet de distorsion est très faible. Ainsi, nous devons mesurer très soigneusement les formes des galaxies et corriger les éventuelles erreurs dues aux instruments. De plus, nous devons mesurer un grand nombre de galaxies ainsi que les distances qui les séparent.

Quelle a été la contribution de votre collaboratrice ?
Chihway Chang a joué un rôle de premier plan dans les analyses ainsi que dans l'élaboration de la carte. On peut considérer que c'est un honneur qu'elle ait pu contribuer de cette manière au DES. J'en suis très heureux. Sa performance est aussi un travail d'équipe. De nombreux chercheurs du monde entier y ont participé, comme par exemple Adam Amara et Tomasz Kacprzak, de jeunes espoirs qui travaillent également dans mon groupe de recherche.

Y a-t-il d'autres groupes de l'ETH impliqués dans DES ?
Trois groupes participent au DES, mettant à disposition de la collaboration quatre chercheurs au total. Marcella Carollo et son groupe étudient la structure et la morphologie des galaxies afin de découvrir comment les galaxies évoluent dans différents environnements. Le groupe de Simon Lilly se concentre sur la mesure des distances aux galaxies. Mon groupe s'occupe de questions relatives à la matière noire, à l'énergie et à la gravitation. Pour cela, nous étudions l'effet de lentille gravitationnelle, la formation des structures dans l'univers et l'analyse des données.

L'un des objectifs du DES est soit de soutenir la théorie générale de la relativité d'Einstein, soit de l'invalider. Cette étude donne-t-elle déjà les premières indications sur la direction que cela pourrait prendre ?
Il est trop tôt pour répondre à cette question. Pour mieux comprendre l'énergie et la matière noires et décider si des adaptations de la théorie de la relativité générale d'Einstein sont nécessaires, nous devons analyser beaucoup, beaucoup plus de données. Cela nous permettra de mesurer l'effet de lentille gravitationnelle avec encore plus de précision. Ce n'est qu'alors que nous serons en mesure de vérifier la théorie d'Einstein. Celle-ci reste notre théorie actuelle de la gravitation et a été confirmée à plusieurs reprises pour notre système solaire. Une possibilité est qu'elle doit être adaptée aux très grandes échelles du cosmos.

Quelles sont les prochaines étapes de la collaboration ?
Nous travaillons déjà sur les prochaines publications. C'est un travail difficile mais passionnant. Le but le plus urgent de l'ensemble de données qui vient d'être publié était de prouver que l'expérience fonctionne. Et elle fonctionne vraiment ! Nous devons maintenant étendre nos méthodes d'analyse des données à de plus grandes échelles, et cela ne sera pas facile. À chaque nouvelle amélioration, nous devons repenser notre méthodologie.