Publié le 23 octobre 2025 à 22h30. Des scientifiques de l’université Johns Hopkins ont identifié un modèle de lueur gamma énigmatique au centre de notre galaxie qui pourrait constituer la première preuve directe de l’existence de la matière noire, une composante invisible qui représente la majorité de la masse de l’univers.
- Une équipe de chercheurs a réussi à simuler l’évolution de la Voie lactée et à identifier un modèle correspondant aux observations de rayons gamma captées par le télescope spatial Fermi.
- Cette coïncidence suggère que l’excès de lumière gamma pourrait être le résultat de collisions de particules de matière noire.
- La prochaine génération de télescopes à rayons gamma, dont le Réseau de télescopes Tcherenkov (CTA), pourrait confirmer ou infirmer cette hypothèse.
Depuis des décennies, les astronomes s’interrogent sur une lueur diffuse de rayons gamma émanant du cœur de la Voie lactée. Cette lumière persistante, difficile à expliquer par les phénomènes astrophysiques connus, représente l’une des grandes énigmes de la cosmologie moderne. Les simulations informatiques réalisées par des scientifiques de l’université Johns Hopkins, en collaboration avec des collègues européens, pourraient enfin apporter une réponse.
Grâce à des modèles recréant l’histoire évolutive de notre galaxie, les chercheurs ont identifié un scénario qui correspond aux données observées par le télescope spatial Fermi. Ils estiment que cette coïncidence pourrait signaler la présence de matière noire, cette substance mystérieuse qui constitue plus de 80 % de la masse de l’univers, mais qui n’interagit pas avec la lumière et reste donc invisible aux télescopes traditionnels.
« La matière noire domine l’univers et maintient la cohésion des galaxies. C’est extrêmement important et nous cherchons constamment désespérément des moyens de la détecter », a expliqué le professeur Joseph Silk, astrophysicien à l’université Johns Hopkins et chercheur à l’Institut d’Astrophysique de Sorbonne Université et du CNRS.
« Les rayons gamma, et plus particulièrement l’excès de lumière que nous observons au centre de notre galaxie, pourraient être notre premier indice. »
Joseph Silk, astrophysicien à l’université Johns Hopkins
La matière noire ne peut être détectée que par ses effets gravitationnels sur les galaxies et les amas d’étoiles. Trouver un signal lumineux indirectement révélateur de son existence constituerait une avancée majeure, comparable aux découvertes fondamentales de la physique du XXe siècle.
L’équipe de Silk et l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam ont relevé un défi que d’autres études antérieures avaient négligé : intégrer l’ensemble de l’histoire de la formation de la Voie lactée dans leurs modèles. Les galaxies ne se forment pas instantanément. Notre Voie lactée est le résultat de la fusion de plusieurs systèmes plus petits au fil des milliards d’années, chacun composé d’étoiles, de gaz, de poussière et de matière noire. Ces collisions ont laissé des traces dans la distribution de la matière invisible, la concentrant vers le centre galactique.
« Au cours du premier milliard d’années, de nombreux systèmes plus petits, semblables à des galaxies, composés de matière noire et d’autres matériaux, sont entrés et sont devenus les composants de base de la jeune Voie lactée », explique l’étude. À mesure que ces particules gravitaient vers le noyau galactique, le nombre d’interactions et de collisions avec la matière noire augmentait.
Les simulations ont permis de cartographier les zones où les amas de matière noire devraient être les plus concentrés. La comparaison de ces cartes avec les observations réelles du télescope Fermi a révélé une coïncidence surprenante, renforçant l’hypothèse selon laquelle la lueur observée pourrait être due à des collisions de particules de matière noire.
Cependant, tous les scientifiques ne sont pas convaincus. Une autre explication, proposée il y a plusieurs années, suggère que cette lueur pourrait provenir de rayonnements émis par des pulsars millisecondes : des étoiles à neutrons en rotation rapide qui émettent de puissants faisceaux de rayons gamma. Ces étoiles sont les restes ultradenses d’étoiles massives ayant explosé en supernovae.
Pour que cette théorie soit valide, il faudrait qu’une population importante de pulsars millisecondes soit présente au centre de la galaxie. Or, les observations actuelles n’en ont pas détecté suffisamment. La théorie des pulsars nécessiterait donc l’existence d’un nombre d’étoiles invisible, aussi mystérieux que la matière noire qu’elle tente de remplacer.
Les chercheurs misent désormais sur la prochaine génération de télescopes à rayons gamma, notamment le Réseau de télescopes Tcherenkov (CTA), actuellement en construction. Cet instrument, plus sensible que tout ce qui existe actuellement, permettra de distinguer les deux hypothèses en analysant l’énergie des rayons gamma détectés.
« Nous pouvons examiner les nouvelles données et confirmer une théorie plutôt qu’une autre », a déclaré Silk. « Ou peut-être que nous ne trouverons rien, auquel cas ce sera un mystère encore plus grand à résoudre. »
Le concept de matière noire a été introduit dans les années 1930 par l’astronome suisse Fritz Zwicky, qui a observé que les galaxies regroupées en amas se déplaçaient trop rapidement pour être expliquées par la masse visible. Des décennies plus tard, l’astronome Vera Rubin a confirmé ce phénomène au sein des galaxies individuelles, suggérant qu’une substance invisible exerçait une force gravitationnelle supplémentaire.
Aujourd’hui, les physiciens estiment que la matière noire représente environ 85 % de la matière de l’univers, bien qu’elle n’ait jamais été détectée directement. Des expériences menées dans des laboratoires souterrains, des accélérateurs de particules et des observatoires spatiaux sont en permanence à la recherche d’un signe révélateur de sa présence. Chaque indice, comme la lueur au centre galactique, est donc précieux.
En attendant les données du CTA, les chercheurs de Johns Hopkins et de l’Institut Leibniz continuent d’affiner leurs modèles et prévoient d’étudier les galaxies naines qui gravitent autour de la Voie lactée. Ces petits systèmes, plus simples et moins perturbés par la présence d’étoiles, pourraient offrir un environnement idéal pour observer les signaux de la matière noire.