Les microlentilles gravitationnelles


Plutôt que d’étudier directement un type donné de candidat au titre de matière noire comme les naines rouges ou brunes, il est également intéressant d’affiner notre connaissance de cette masse cachée par d’éventuels effets indirects. Les années 1990 ont ainsi vu le développement d’une technique destinée à détecter indirectement la matière noire présente dans le halo de notre Galaxie.

Les lentilles gravitationnelles

Cette méthode repose sur le phénomène de lentille gravitationnelle. Celui-ci se produit lorsque deux corps sont alignés sur la même ligne de visée. Comme le montre la relativité générale, le corps le plus proche peut alors dévier et concentrer les rayons lumineux du corps plus lointain. Le résultat pour un observateur terrestre est une forte et soudaine augmentation de la luminosité apparente du corps le plus éloigné.

Ce phénomène peut être utilisé pour détecter des objets sombres dans le halo de notre Galaxie. En effet, ces objets ne sont pas fixes mais se déplacent lentement. Si par hasard l’un d’entre eux passe exactement entre nous et une étoile plus éloignée, l’intensité apparente de cette dernière augmentera fortement. Ainsi, par exemple, si la lumière d’une étoile située dans l’un des Nuages de Magellan voit son éclat apparent augmenter temporairement, il est possible que cela soit dû au passage d’un objet sombre sur sa ligne de visée.

Évidemment, une telle variation de luminosité peut aussi être causée par un phénomène cataclysmique du type nova. Il est cependant possible de différentier les deux situations en observant l’amplification dans deux longueurs d’onde différentes. En effet, les variations de luminosité dues à une lentille gravitationnelle sont indépendantes de la longueur d’onde considérée, alors que les variations dues à un changement au niveau de l’étoile en dépendent.

L’observation d’un effet de lentille gravitationnelle ne fait pas que prouver l’existence d’objets sombres dans le halo. La durée et l’amplitude du phénomène peuvent nous apporter de nombreuses données comme la vitesse, la distance et la masse du corps.

La principale difficulté réside dans le fait que la probabilité du phénomène est extrêmement faible. Pour avoir une chance raisonnable d’en détecter un, il faut donc observer simultanément un très grand nombre d’étoiles situées hors du halo. Ceci est heureusement possible dans la direction des Nuages de Magellan. Il est également intéressant d’observer la région du bulbe galactique, ce qui permet de détecter des corps sombres dans le disque galactique plutôt que dans le halo.

Les programmes de recherche de lentilles gravitationnelles

Les années 1990 virent la mise en route de plusieurs programmes de détection de lentilles gravitationnelles dans la Galaxie. On peut citer en particulier l’expérience EROS entre 1990 et 2003, la collaboration MACHO entre 1993 et 1999, suivie de SuperMACHO depuis 2001, le project OGLE qui continue depuis 1992 et la collaboration MOA depuis 1998.

Ces programmes d’observation n’ont pas encore donné de valeurs moyennes très précises du fait de la rareté des évènements de microlentille gravitationnelle. Ils excluent en tout cas la matière noire baryonique comme l’explication principale de la masse cachée. Ils semblent pour l’instant indiquer que les corps formés de baryons ne représentent au maximum que 20 pour cent de la masse du halo galactique.

La conclusion de ces observations est que la matière noire baryonique ne constitue qu’une faible fraction de la matière noire totale des galaxies et de l’Univers, un résultat en accord avec les observations du satellite WMAP qui ont montré que la matière baryonique (lumineuse ou noire) ne représente que 17 pour cent de la matière totale présente dans l’Univers. Une autre explication est donc nécessaire pour rendre compte de cette masse cachée : la matière noire exotique.


Page mise à jour le 21 mai 2016 par Olivier Esslinger