Une vieille boule d'étoiles, qui a rassemblé des centaines de milliers de soleils, tourne depuis des milliards d'années à la périphérie d'une galaxie naine. D'après les calculs, elle aurait dû depuis longtemps s'effondrer vers le centre, comme une pierre lourde dans de la gelée. Mais la boule tient bon, et ce fait empêche les astrophysiciens de dormir depuis plusieurs décennies.

Dans le tableau standard de la matière noire froide, les galaxies sont entourées d'un halo invisible dont la densité grimpe brutalement vers le centre. Tout objet massif qui se déplace à travers un tel halo subit une résistance : la gravité derrière lui est plus forte que devant, et il ralentit, comme un bateau qui traîne une vague dans son sillage. Cet effet s'appelle le frottement dynamique. Pour les amas globulaires des galaxies naines, il devrait être si puissant qu'en dix milliards d'années, tous se retrouveraient au centre. Mais les télescopes voient l'inverse : les amas sont bien vivants et répartis dans tout le volume.

La solution pourrait venir du fait que la matière noire n'est pas froide, mais floue. Dans ce modèle, la particule de matière noire est si légère que ses propriétés ondulatoires se manifestent à des échelles de milliers d'années-lumière. Au lieu d'un pic de densité abrupt au centre de la galaxie, il se forme un noyau lisse, semblable à une tache de brouillard estompée. Le frottement dynamique dans un tel brouillard est plus faible, et les amas cessent de couler.

Les auteurs d'un nouveau travail ont utilisé les données des premières observations du télescope spatial « Euclid » pour deux amas de galaxies : la Fournaise et Persée. Ils ont sélectionné des milliers de candidats amas globulaires dans des centaines de galaxies naines et suivi leurs orbites pendant dix milliards d'années. En faisant varier la masse de la particule de matière noire floue, ils ont trouvé le seuil à partir duquel les amas cessent de tomber vers le centre. Pour l'amas de la Fournaise, la limite supérieure obtenue est de 1,46×10⁻²² eV, pour Persée de 1,09×10⁻²² eV. Ces nombres s'accordent avec les estimations issues de la dynamique des étoiles dans les galaxies naines, mais contredisent les données sur les courants stellaires et la forêt Lyman-alpha.

Pour l'instant, on ne sait pas qui a raison. Peut-être le modèle de matière noire floue demande-t-il à être affiné, ou peut-être le problème du temps se résout-il autrement, par exemple si les amas naissent plus loin du centre qu'on ne le pensait. Les prochaines livraisons de données d'« Euclid » fourniront un ordre de grandeur d'objets en plus et permettront de resserrer la plage de masses autorisée. En attendant, la vieille boule d'étoiles poursuit sa danse en périphérie, sans vouloir se noyer dans le brouillard.