Zoom sur la matière sombre

Le kaléidoscope cosmique

En présence d’une forte concentration de matière, visible ou sombre, la lumière ne va plus en ligne droite. Elle est déviée par l’action de la gravitation de la matière comme à travers une lentille. Cet effet de « lentille gravitationnelle », prévu par la Théorie de la Relativité Générale, est aujourd’hui observé par les grands télescopes. Il déforme l’image des galaxies comme un véritable kaléidoscope cosmique et permet ainsi de cartographier la distribution de la masse dans l’Univers. Cette nouvelle technique est actuellement mise en oeuvre par plusieurs équipes internationales d’astronomes qui mesurent le « cisaillement cosmique », de très faibles distorsions produites sur les images des galaxies lointaines par les grandes structures (galaxies et amas de galaxies) sur la ligne de visée.
Une importante revue de synthèse sur ce sujet, écrite par Alexandre Refregier, chercheur du Service d’Astrophysique du CEA-DAPNIA Saclay, va paraître cet automne dans la série « Annual Review of Astronomy and Astrophysics ». Elle comprend un historique de ce domaine en évolution rapide, un état des lieux des mesures les plus récentes et une présentation des perspectives offertes par les futures instruments.

Illustration de l’effet de lentille gravitationnelle par les grandes structures ou « cisaillement cosmique ». La trajectoire des photons émergeant de galaxies lointaines (a droite) et se dirigeant vers l’observateur (a gauche) est déviée par les structures sur la ligne de visée (au milieu). Ceci produit des distorsions sur les formes observées des galaxies, qui peuvent être mesurées, permettant ainsi d’établir une carte de la distribution de la masse dans l’Univers.

Les mesures du cisaillement cosmique permettent dès à présent de mesurer l’amplitude des inhomogénéités de la matière sombre à grande échelle. Dans un avenir proche, des futures instruments, comme la caméra Megacam développée au Service d’Astrophysique du CEA-DAPNIA Saclay et récemment installée sur le télescope Canda-France-Hawaii, offriront des mesures de cet effet avec une précision inégalée. Ces nouveaux relevés permettront ainsi de placer des contraintes fortes sur l’énergie sombre, l’autre composante mystérieuse et prépondérante de notre Univers.

Simulation du cisaillement cosmique dans une région du ciel de (0.5×0.5) degrés carrés d’après un modèle cosmologique dit « Cold Dark Matter » (CDM). Les zones bleues claires représentent des surdensités produites par des groupes ou amas de galaxies. Les zones sombres correspondent à des vides. Les segments de droites représentent l’amplitude et la direction du cisaillement gravitationnelle produit par ces structures. (simulation numérique par Jain, Seljak & White 2000) (cliquer pour agrandir).

Contact : Alexandre Refregier

Publication :
« Weak Gravitational Lensing by Large-Scale Structure« , A. Regfregier,
l’article sera publié dans la revue « Annual Review of Astronomy & Astrophysics », 2004
pour une version en ligne : voir « astro-ph/0307212«