Vera Rubin

Un trou noir ressemble à une toupie qui ne s'arrête jamais d'elle-même. Mais si un nuage de particules ultralégères — des bosons — apparaît autour de lui, la donne change. Ce « brouillard » se met à agir comme un frein invisible : les particules extraient la rotation du trou, le forçant à ralentir.

Le manège tourne : plus on s'assoit loin du centre, plus on est emporté vite. Pour les galaxies, on a longtemps pensé la même chose — les étoiles des confins devraient tourner plus lentement que celles proches du centre. Mais dès les années 1970, on a découvert que dans de nombreuses galaxies spirales, la vitesse des étoiles ne chute presque pas avec la distance au centre.

Le ciel nocturne ressemble à un océan : plus on scrute, plus on distingue de faibles lueurs dans les profondeurs. C'est en observant les confins de la Voie lactée que des astronomes ont découvert Aquarius IV, un minuscule système stellaire qui se cachait jusqu'alors dans l'obscurité.

L'Univers ressemble à une immense charpente invisible. Nous ne la voyons pas directement, mais nous savons qu'elle existe : c'est grâce à elle que les galaxies et les amas tiennent ensemble. Cette charpente, c'est la matière noire. La version la plus populaire dit qu'elle est « froide » et qu'elle est constituée de particules lourdes et lentes.

Trois cordes invisibles vibrent dans le vide intergalactique. Ce n'est pas de la poésie, mais une hypothèse sur la nature de la matière noire : un champ quantique ultra-léger de spin 1, porteur de trois polarisations.

Nuit à La Palma. Le télescope William Herschel de 4,2 mètres est pointé sur Vénus. Au foyer, le polarimètre expérimental ExPo, conçu pour capturer la lumière fantôme des exoplanètes.

Au centre de nombreuses galaxies se cachent des trous noirs — des régions où la gravitation est si forte que même la lumière ne peut s'en échapper. Autour d'eux, des étoiles tournent souvent, et parfois l'une d'elles est un pulsar, un phare cosmique qui émet des impulsions radio strictement périodiques.

Un trou noir n'est pas simplement une tache sombre dans le ciel. Son ombre se projette sur le fond lumineux de la matière qui tombe et porte l'empreinte de la géométrie même de l'espace. Si la gravité est organisée ne serait-ce qu'un peu différemment de ce que nous avons l'habitude de penser, l'ombre le révélera.

À 460 années-lumière de nous, autour de l'étoile HD 135344B, orbite un disque dense de gaz et de poussière. Il ressemble à un disque vinyle géant que quelqu'un aurait fêlé : une cavité béante s'ouvre dans le disque, et à travers elle, tel un pont fragile, s'étire un filament de poussière.

La matière noire est une fenêtre invisible qui déforme la lumière des galaxies. C'est Vera Rubin qui l'a découverte, en remarquant que les étoiles se déplacent trop rapidement. Peut-être cette fenêtre est-elle faite d'axions – des particules des milliards de fois plus légères que l'électron, imaginées par [scientist:Roberto D.

La lumière qui passe près d'un trou noir se tord, comme l'eau qui tourbillonne autour du drain d'une baignoire. Le plus intéressant, c'est l'anneau fin où les rayons peuvent tourner indéfiniment, sans tomber à l'intérieur ni s'échapper. C'est la sphère de photons — une frontière invisible qui dessine l'ombre du trou dans le ciel.

Au cœur de notre cité d'étoiles — la galaxie — se cache un trou noir supermassif, Sagittaire A*. Autour de lui, l'étoile S2 exécute une danse effrénée. Mais ses mouvements trahissent plus que l'attraction du trou : un partenaire invisible participe à la valse — la matière noire.

Une galaxie, c'est un peu une autoroute cosmique où les étoiles, telles des voitures, filent en rond. Leur vitesse dépend de la « charge » invisible à l'intérieur de leur orbite : plus il y a de masse, plus les véhicules extérieurs vont vite.

Le bras d'une rivière d'étoiles contourne le centre d'une galaxie lointaine, telle une bande lumineuse sur une monture invisible. Cette monture, c'est le halo sombre : un immense nuage de matière noire invisible qui, par son attraction, retient les étoiles et le gaz.

L'Univers regorge de matière invisible — la matière noire. On ressent son attraction, mais de quoi est-elle faite ? Peut-être un océan de particules ultra-légères, si légères qu'elles se comportent davantage comme des vagues que comme des particules.

Un funambule avance sur un câble tendu. Chaque pas est une recherche d'équilibre, un calcul instantané des forces. C'est à peu près ainsi que les équations d'Einstein décrivent comment la matière et l'énergie courbent l'espace-temps.

Une pièce sombre, de la poussière flotte dans l'air. Une lampe puissante s'allume – et les particules de poussière s'illuminent, révélant leur position. Les astronomes ont appliqué une technique similaire à notre Galaxie.

La lumière qui passe près d'un corps massif le contourne, comme un flot de voitures contourne un profond nid-de-poule sur la route. Plus les parois du nid-de-poule sont abruptes, plus la trajectoire est déviée — et moins il reste de chemins directs vers l'observateur.

Jusqu'ici, les astronomes calculaient la masse des galaxies comme s'il s'agissait de sphères parfaites. Or, une galaxie est une crêpe aplatie. Le nouveau modèle « Perdu et retrouvé » tient compte de la forme réelle : il additionne l'attraction de toutes les parties du disque, et pas seulement du renflement central.

Les étoiles aux confins des galaxies tournent étonnamment vite. Selon Newton, plus on s'éloigne du centre, plus le mouvement devrait être lent — comme dans une ronde où les danseurs extérieurs avancent plus doucement.

Pendant cinquante ans, les astronomes n'ont pas réussi à comprendre la nature du puissant rayonnement X de l'étoile gamma Cassiopée. On soupçonnait un compagnon invisible, mais sans preuve. Le télescope japonais XRISM, équipé d'une spectroscopie à haute résolution, a capté de minuscules décalages dans les raies d'émission.

Les astronomes ont testé le nouveau télescope Vera Rubin au Chili, comme on règle la mise au point et le diaphragme d'un nouvel appareil photo. Les premières images ont couvert une portion du ciel équivalente à 60 pleines Lunes — et ont immédiatement révélé des millions de galaxies et d'étoiles.

Une galaxie ressemble à un manège géant : les étoiles et le gaz tournent autour du centre, et la vitesse de leur mouvement révèle la quantité totale de matière dans ce manège. Si nous ne voyions que la matière lumineuse, les parties externes tourneraient plus lentement que ne le montrent les observations.

Au centre de notre Galaxie se trouve un trou noir supermassif autour duquel gravitent des étoiles. Leur mouvement évoque une ronde : certaines filent sur des orbites allongées, d'autres sur des orbites presque circulaires.

Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant, elle s'effondre sur elle-même et explose en supernova. Un instant avant la catastrophe, des neutrinos s'échappent du noyau – des particules fantômes.

La matière noire est invisible, mais sa gravité régit le mouvement des étoiles et des galaxies. C'est Fritz Zwicky qui en a parlé le premier dans les années 1930, et Vera Rubin a ensuite confirmé sa réalité.

Une rivière d'étoiles — non pas un amas, mais une véritable bande lumineuse allongée — traverse la périphérie d'une galaxie lointaine. Un tel courant a été découvert dans les données du premier relevé de l'observatoire Vera Rubin.

Trois galaxies lointaines tournent comme des manèges géants. Leurs étoiles et leur gaz se déplacent le long de bras spiraux, et la vitesse de ce mouvement permet de calculer la quantité totale de matière dans la galaxie — visible et invisible.

La matière noire est un océan invisible qui, comme l'ont montré les observations de Vera Rubin, empêche les étoiles des galaxies de s'éparpiller.

Le disque d'étoiles de la Voie lactée ressemble à un brillant moulinet, tandis que la matière noire — cette substance invisible qui ne se manifeste que par la gravité — forme un nuage invisible autour. Pour la première fois, sa forme a été mesurée avec précision.

La lumière d'une galaxie lointaine s'est dédoublée, triplée, quadruplée, et au centre est apparu un cinquième fantôme. Voici HerS-3 : une jeune galaxie, pleine de poussière et d'étoiles naissantes, dont la lumière a traversé une lentille gravitationnelle, un objet massif qui courbe les rayons comme le verre d'une loupe.

Dans l'étang d'étoiles de la Voie lactée, quelqu'un a jeté une pierre invisible. Ses ondulations ne se sont pas propagées dans l'eau, mais dans le mouvement des étoiles : dans une région de 200 sur 50 parsecs, leur vitesse verticale moyenne est inférieure de 7 km/s à celle des étoiles voisines. L'écart est statistiquement significatif au niveau de 6σ, ce qui exclut une coïncidence.

Le 9 octobre 2022, l'espace a offert un spectacle que les astronomes n'avaient jamais vu de toute l'histoire des observations. Le sursaut gamma GRB 221009A, l'explosion cosmique la plus puissante produisant un éclair de rayons gamma, a ébloui les détecteurs en orbite et sur Terre.

La galaxie NGC 1560 est une modeste île d'étoiles et de gaz à dix millions d'années-lumière de nous. Sa courbe de rotation, mesurée pour la première fois en 1991, est devenue une icône pour ceux qui cherchent une alternative à la matière noire.