Cloud-9 : un détecteur de matière noire pur express
Le radiotélescope FAST, avec son antenne de cinq cents mètres, a capté un signal sur une longueur d'onde de 21 centimètres – c'est ainsi que l'hydrogène froid émet. Le signal provenait d'un nuage baptisé Cloud-9. Il flotte dans l'espace à côté de la galaxie M94, mais ne renferme pas une seule étoile. Ce n'est pas simplement un nuage de gaz cosmique : c'est une goutte d'hydrogène relique, préservée depuis l'époque où l'Univers venait de se refroidir après sa jeunesse turbulente.
Les nuages comme Cloud-9 sont appelés RELHIC – « nuages d'hydrogène confinés par l'époque de la réionisation ». Aucune étoile ne s'y est allumée, et le gaz est resté presque intact. Les galaxies ordinaires sont pleines de bruit : les étoiles explosent, les trous noirs éjectent de la matière. Ici, c'est le silence. Seule la matière noire retient l'hydrogène par son attraction, lui donnant la forme d'un nuage. Cloud-9 est donc l'endroit idéal pour « peser » la matière noire et comprendre son comportement.
Les scientifiques ont confronté Cloud-9 aux deux principaux modèles de matière noire. Dans le modèle standard de la matière noire froide (CDM), les particules n'entrent presque pas en collision, et la densité du halo (l'armature invisible de matière noire) augmente fortement vers le centre, formant un « pic ». Dans le second modèle, celui de la matière noire auto-interagissante (SIDM), les particules se heurtent parfois et « lissent » le centre, le rendant plus plat. Il s'avère que le profil de densité de l'hydrogène dans Cloud-9 peut s'expliquer dans les deux modèles, mais avec des difficultés. Pour le modèle standard, le halo requis s'écarte de la relation habituelle entre concentration et masse de 7 sigmas – c'est énorme. Pour le modèle auto-interagissant, l'écart n'est que d'environ 3 sigmas – bien plus proche des attentes. Autrement dit, si la matière noire peut interagir avec elle-même, Cloud-9 s'explique plus facilement.
Cette conclusion a été renforcée par des simulations informatiques. Dans les simulations Concerto, où la matière noire « ressent » la vitesse des collisions, on a trouvé des analogues de Cloud-9. Elles confirment que les RELHIC ne sont pas de simples curiosités cosmiques, mais de véritables laboratoires pour tester les propriétés de la matière noire. Les astronomes disposent désormais d'un nouvel outil pour explorer le secteur sombre de l'Univers, sans être distraits par l'agitation lumineuse des étoiles.
Le nuage Cloud-9 est si ténu que sa densité est des milliards de fois inférieure à celle de l'air que nous respirons. Mais en raison de sa taille immense, sa masse est comparable à celle d'une petite galaxie.