Au centre d’un amas de galaxies, le gaz est chauffé à cent millions de degrés. Les amas de galaxies sont d’immenses nuages composés de centaines de galaxies et de gaz raréfié, maintenus ensemble par la gravité. Dès les années 1930, l’astronome Fritz Zwicky a remarqué que les galaxies au sein de ces nuages se déplacent beaucoup trop vite, comme si quelque chose d’invisible les attirait. Plus tard, Vera Rubin a confirmé cette découverte pour des galaxies individuelles. C’est ainsi que la matière noire a été mise en évidence — une substance invisible qui n’émet pas de lumière, mais qui représente environ 85 % de la masse totale. Pour mesurer cette masse cachée, les astronomes étudient le gaz chaud qui brille intensément dans le domaine du Rayonnement X (rayons à ultra-haute énergie).
Chaque amas peut être vu comme un livre dont les pages sont les couches de gaz, du centre vers la périphérie. Sur ces pages sont inscrites la température, la densité et la pression. Auparavant, les scientifiques lisaient chaque page séparément, en supposant que le gaz est en parfait équilibre, comme l’eau dans un verre immobile. Mais lorsque deux amas entrent en collision, l’équilibre est rompu et les calculs deviennent erronés. Le nouveau réseau neuronal (un programme informatique entraîné) fonctionne différemment. Il lit le livre de manière séquentielle, en mémorisant les pages précédentes, et parvient ainsi à saisir l’intrigue générale. Il a été entraîné sur 16 495 amas virtuels issus d’une simulation numérique (un modèle informatique de l’Univers). Désormais, le réseau prend les données de température, de densité et d’entropie (une grandeur thermique du gaz) couche après couche, et fournit la masse totale sans aucune hypothèse sur l’état d’équilibre.
La précision est impressionnante : l’erreur n’est que d’environ 5 %, soit deux fois mieux que les anciennes méthodes, qui échouaient dans les systèmes turbulents. Le réseau a été testé sur des données réelles provenant de relevés en rayons X, incluant des mesures de spectroscopie (analyse de la composition du rayonnement) et de décalage vers le rouge (déplacement du spectre dû à l’expansion de l’Univers). Il s’est avéré que l’approche classique sous-estimait systématiquement la masse des amas les plus imposants d’environ 10 %. Fait intéressant, le réseau reste précis même en tenant compte de processus supplémentaires complexes, comme la rétroaction des noyaux actifs de galaxies (trous noirs supermassifs au centre).
Le réseau neuronal est désormais prêt à traiter les futures vastes campagnes d’observation, qui recenseront des centaines de milliers d’amas. Cela rendra la cosmologie bien plus précise : nous pourrons étalonner objectivement les relations entre la masse et les propriétés observables, et donc mieux comprendre la nature de la matière noire et de l’énergie noire. Ainsi, le premier livre de la grande bibliothèque de l’Univers a été lu — et son intrigue est suffisamment claire pour qu’il soit temps de tourner la page.
L’amas massif le plus proche — celui de la Chevelure de Bérénice — pèse autant qu’un million de milliards de soleils, mais 85 % de cette masse restent invisibles.