Huit points brillants dans le ciel radio. C'est le même quasar HS 0810+2554, dont la lumière a traversé une lentille gravitationnelle — une galaxie massive au premier plan. Mais l'explication habituelle avec une distribution lisse de matière noire dans la lentille laisse un écart : les positions prédites des points divergent des observations de plusieurs millisecondes d'arc. Dans la nouvelle étude, cet écart est comblé par des ondulations quantiques — de petites fluctuations de densité prédites pour la matière noire floue.
La théorie de la matière noire floue suppose que la substance invisible est constituée de bosons ultra-légers formant un condensat de Bose-Einstein. Leur dualité onde-corpuscule se manifeste à des échelles astronomiques : la longueur d'onde de Broglie atteint des centaines de parsecs. Grâce à la superposition des ondes, des fluctuations de densité omniprésentes apparaissent dans le halo — des ondulations dans l'océan sombre. Pour vérifier comment ces ondulations déforment les images lentillées, les chercheurs ont réalisé un millier de simulations numériques de l'évolution du halo. Ils ont résolu honnêtement le couple équation de Schrödinger et équation de Poisson sur un cube de 40 kiloparsecs de côté, en suivant l'onde quantique pendant 3,3 milliards d'années. Ensuite, pour chaque image tridimensionnelle, ils ont essayé des dizaines de milliers d'orientations afin de trouver l'angle de vue pour lequel la densité projetée reproduit le mieux la géométrie observée des images du quasar.
Le résultat parle de lui-même. Pour une masse de particule de 10⁻²² eV, l'écart entre les positions prédites et réelles des quatre images (anomalie A) est tombé à 6–12 millisecondes d'arc — nettement plus précis que le profil lisse NFW ou l'approximation du champ aléatoire gaussien. Certaines simulations tombaient même dans les limites des erreurs instrumentales. Et tout cela sans ajustement des paramètres sur les données. Il suffisait de rendre les particules encore plus légères (10⁻²³ eV) pour que les ondulations deviennent trop grandes et que l'anomalie bondisse à 50 millisecondes — la nature elle-même indique la plage de masse admissible. Une telle coïncidence difficile à attribuer au hasard : peut-être que les ondulations quantiques de la matière noire floue laissent une empreinte sur les lentilles gravitationnelles, et nous l'avons détectée pour la première fois.
À venir, l'ère de l'interféromètre radio de nouvelle génération. Des télescopes comme le SKA pourront mesurer les positions des images lentillées avec une précision inférieure à la milliseconde d'arc. Alors, la bibliothèque de simulations ondulatoires pour différentes masses de particules deviendra un véritable spectromètre : en comparant les motifs réels et modélisés dans le ciel, les astronomes limiteront directement la masse du quantum de matière noire. Huit points sur la carte — juste des rides sur une étendue sans fin ; mais désormais ce motif promet de révéler de quoi est fait les trois quarts de l'univers.
Le quasar HS 0810+2554 est une cible unique : des mesures radio ultra-précises avec e-MERLIN et le VLBI ont révélé non pas une, mais deux sources radio compactes, chacune étant déformée en quatre images par lentille gravitationnelle. Soit huit positions indépendantes avec une précision d'environ 1 mas.