Les astronomes découvrent le compagnon de fusion manquante et le pont de la matière noire dans le cluster Persée

Une équipe internationale d’astronomes a résolu l’un des mystères cosmiques de longue date en découvrant des preuves directes d’un objet massif et perdu depuis longtemps qui est entré en collision avec l’amas de Persée. En utilisant des données à haute résolution du télescope Subaru, les chercheurs ont réussi à tracer le reste de cette ancienne fusion à travers la distribution de la matière noire.

Les grappes de galaxies, composées de milliers de galaxies liées ensemble par la gravité, sont parmi les structures les plus massives de l’univers. Ils grandissent à travers des fusions énergiques – certains des événements les plus puissants depuis le Big Bang.

Située à environ 240 millions d’années-lumière de la Terre, le cluster Persée a un équivalent de masse à 600 billions de soleils (appelés masses solaires). Pendant des décennies, les astronomes pensaient qu’il s’était longtemps installé dans un État stable et post-fusion. Son manque apparent de signatures de fusion claire lui a valu la réputation d’être «l’exemple de manuel» d’un cluster détendu.

Cependant, les progrès des techniques d’observation ont permis aux chercheurs de pénétrer plus profondément dans sa structure, découvrant des preuves subtiles mais convaincantes de perturbation passée. Cela soulève un mystère fondamental: s’il y a des signes d’une collision, où est l’objet qui est entré en collision avec elle?

Pour résoudre le mystère, l’équipe a analysé les données d’archives de Hyper Suprime-Cam sur le télescope Subaru. Lentilles gravitationnelles – un phénomène où les objets massifs plient la lumière des galaxies de fond – servis comme un outil puissant pour cartographier la matière noire invisible.

Grâce à cette technique, les chercheurs ont identifié une agitation massive de matière noire, pesant environ 200 billions de masses solaires, situées à environ 1,4 million d’années-lumière à l’ouest du noyau du cluster. Remarquablement, cette structure est liée au cœur du cluster Persée par un «pont de matière noire légère mais statistiquement significatif, fournissant une preuve directe de l’interaction gravitationnelle passée entre eux.

Les simulations numériques menées par l’équipe suggèrent que cette sous-structure de matière noire est entrée en collision avec l’amas de Persée il y a environ cinq milliards d’années. Les restes de cette collision façonnent toujours la structure actuelle du cluster.

“C’est la pièce manquante que nous recherchons”, explique le Dr James Jee, auteur correspondant de l’étude publiée dans Astronomie naturelle. “Toutes les formes étranges et le gaz tourbillonnant observés dans le cluster Persée ont désormais un sens dans le contexte d’une fusion majeure.”

“Il a fallu du courage pour contester le consensus dominant, mais la simulation résulte de nos collaborateurs et des observations récentes des télescopes spatiaux Euclid et Xrism soutiennent fortement nos résultats”, poursuit le Dr Hyeonghan Kim, le premier auteur de l’étude.

“Cette percée a été rendue possible en combinant des données d’imagerie profondes du télescope Subaru avec des techniques de lentilles gravitationnelles avancées que nous avons développées – selon le pouvoir de la lentille pour dévoiler la dynamique cachée des structures les plus massives de l’univers”, explique le Dr Jee.