Cartographier l'invisible : le télescope Webb de la NASA révèle la matière noire en haute résolution

Dans une étude historique publiée le 26 janvier 2026 dans la revue Nature Astronomy, une équipe internationale de scientifiques a dévoilé l'une des cartes de la matière noire les plus détaillées et à la plus haute résolution jamais produites. Utilisant la sensibilité sans précédent du James Webb Space Telescope (JWST) de la NASA, la recherche offre un regard transformateur sur cette substance « fantomatique » invisible qui constitue la grande majorité de la masse de l'univers. En observant comment cette matière noire chevauche et s'entrelace avec les galaxies visibles, l'étude apporte un nouveau niveau de clarté concernant l'échafaudage invisible qui dicte la structure et l'évolution du cosmos, des plus grands amas de galaxies jusqu'à la formation de systèmes comme le nôtre.

Comprendre le problème de la matière noire

Pendant des décennies, la matière noire est restée l'une des énigmes les plus importantes de l'astrophysique moderne. Elle est définie comme une substance qui n'émet, ne réfléchit, ni n'absorbe la lumière, ce qui la rend entièrement invisible pour les télescopes traditionnels qui s'appuient sur le spectre électromagnétique. Malgré son invisibilité, la matière noire exerce une attraction gravitationnelle massive, agissant comme la « colle gravitationnelle » qui empêche les galaxies de se désintégrer lors de leur rotation. Sans la matière noire, l'univers tel que nous le connaissons — composé d'étoiles, de planètes et de vie — n'aurait pas l'intégrité structurelle nécessaire pour se former.

Avant l'ère du James Webb Space Telescope, cartographier cette substance était un défi caractérisé par d'importantes limitations technologiques. Alors que des observatoires précédents comme le télescope spatial Hubble ont fourni des bases fondamentales, les cartes qui en résultaient étaient souvent décrites par les chercheurs comme « floues » ou de basse résolution. L'incapacité à voir la distribution précise de la matière noire laissait des lacunes dans notre compréhension de la manière dont la matière ordinaire — la matière « baryonique » qui compose les étoiles et les humains — est dirigée et modelée par la matière noire qui l'entoure.

Comment le JWST voit l'invisible

La percée de cette recherche réside dans la capacité de Webb à utiliser un phénomène connu sous le nom de lentille gravitationnelle. Parce que la matière noire possède une masse, elle déforme le tissu de l'espace-temps qui l'entoure. Lorsque la lumière provenant de galaxies lointaines en arrière-plan traverse ces régions déformées, elle se courbe et se distord, un peu comme la lumière passant à travers une loupe. En mesurant précisément ces distorsions dans la lumière de près de 800 000 galaxies, la Near-Infrared Camera (NIRCam) de Webb a permis aux scientifiques de calculer l'emplacement exact et la densité de la matière noire à l'origine de cet effet.

La méthodologie a nécessité le traitement d'immenses volumes de données à haute résolution provenant du Cosmic Evolution Survey (COSMOS). « C'est la plus grande carte de la matière noire que nous ayons réalisée avec Webb, et elle est deux fois plus nette que n'importe quelle carte de la matière noire produite par d'autres observatoires », a déclaré Diana Scognamiglio, astrophysicienne au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA et auteure principale de l'étude. La précision technique du JWST permet la détection de structures de matière noire beaucoup plus petites qu'auparavant, mettant ainsi pour la première fois en évidence « l'échafaudage invisible » de l'univers.

La carte cosmique à haute résolution

La carte nouvellement produite couvre une région de la constellation du Sextant (Sextans), une zone du ciel environ 2,5 fois plus grande que la pleine lune. La visualisation dépeint un réseau complexe où les régions denses de matière noire sont reliées par des filaments de plus faible densité, créant ce que les astronomes appellent la Toile cosmique (Cosmic Web). Cette carte confirme que la matière régulière, y compris les vastes amas de galaxies, se situe directement au sein des « nœuds » les plus denses de cette toile de matière noire.

Les données révèlent un chevauchement frappant entre les filaments de matière noire et les amas de galaxies visibles, renforçant la théorie selon laquelle la matière noire agit comme le principal moteur de l'architecture cosmique. En comparant les données Webb de 2026 avec les données Hubble de 2007 de la même région, les chercheurs ont noté que de nombreuses structures qui apparaissaient auparavant comme des blocs monolithiques sont en réalité composées de grappes distinctes et plus petites. Cette granularité affinée permet aux scientifiques de mieux délimiter la taille et l'emplacement des concentrations de matière noire, fournissant un plan plus précis de la distribution de la masse de l'univers.

Découvertes clés de la carte :

• Alignement de précision : Webb a confirmé que l'alignement de la matière noire et de la matière régulière n'est pas fortuit ; les deux ont été inextricablement liés tout au long de l'histoire cosmique.
• Structure filamentaire : Les « cordes » de matière noire reliant les amas de galaxies sont plus visibles que jamais, montrant comment la matière migre à travers l'univers.
• Saut de résolution : La carte identifie des amas de matière noire dans les régions inférieures gauches de la zone d'étude qui étaient entièrement invisibles pour les générations précédentes de capteurs.

Influence sur la Terre et l'univers local

Bien que la matière noire existe à une échelle gigantesque, son influence s'étend aux environnements locaux où des planètes comme la Terre se forment. Bien que la matière noire traverse la matière régulière sans contact physique, sa présence gravitationnelle est ce qui a permis à la Voie lactée de se regrouper et de retenir le gaz et la poussière nécessaires à la formation des étoiles. La stabilité de notre système solaire est, dans un sens large, un sous-produit du puits gravitationnel fourni par le halo de matière noire entourant notre galaxie.

L'étude souligne comment la distribution de la matière noire dicte l'« habitabilité » de certaines régions de l'univers. Dans les zones où la matière noire est trop rare, les galaxies pourraient ne jamais se former ; là où elle est trop dense, la turbulence gravitationnelle qui en résulte pourrait empêcher la stabilité à long terme requise pour les systèmes planétaires. En comprenant la densité de la matière noire au sein de la Voie lactée et son influence locale, les scientifiques peuvent mieux modéliser l'histoire de la naissance de notre propre soleil et l'évolution de la Terre dans le cadre galactique plus large.

L'évolution des galaxies et la toile cosmique

Les résultats apportent une validation cruciale pour l'actuel modèle Lambda-CDM, le modèle cosmologique standard qui décrit le Big Bang et l'expansion de l'univers. La manière dont la matière noire et la matière régulière ont « grandi ensemble » soutient l'idée que la matière noire a fourni les germes gravitationnels initiaux qui ont attiré l'hydrogène et l'hélium pour former les premières étoiles. Richard Massey, astrophysicien à l'université de Durham et coauteur de l'étude, a noté : « Partout où nous voyons un grand amas de milliers de galaxies, nous voyons également une quantité tout aussi massive de matière noire au même endroit. Ce n'est pas seulement qu'ils ont les mêmes formes... Ils ont grandi ensemble. »

Cette recherche aborde également des théories historiques, notamment celles proposées par Stephen Hawking concernant les trous noirs primordiaux comme candidats potentiels pour la matière noire. Bien que les données de Webb n'identifient pas encore de particule spécifique de matière noire, les cartes de densité à haute résolution permettent aux théoriciens de restreindre ce que pourrait être la matière noire. En observant comment ces filaments interagissent sur des milliards d'années-lumière, les scientifiques peuvent tester si la matière noire se comporte comme une substance « froide » et lente, ou si elle possède des propriétés qui pourraient nécessiter une révision de nos manuels de physique actuels.

Recherches futures et découverte de l'espace profond

La carte produite par Scognamiglio et son équipe n'est que le début d'une nouvelle ère dans la recherche sur la matière noire. Alors que le James Webb Space Telescope poursuit sa mission, il sera rejoint par le Nancy Grace Roman Space Telescope, conçu pour avoir un champ de vision 100 fois plus grand que celui de Hubble. Tandis que Webb fournit des clichés haute résolution en « plongée profonde », Roman fournira le contexte à grand angle, permettant un relevé 3D complet des structures de matière noire à travers l'univers observable.

L'objectif ultime reste la détection directe de la particule de matière noire. Grâce aux cartes à haute résolution fournies par le JWST, les chercheurs savent désormais exactement où pointer leurs instruments les plus sensibles pour chercher les signaux ténus des interactions de la matière noire. Cette étude sert de confirmation définitive que, bien que nous ne puissions pas voir la matière noire directement, ses empreintes digitales sont écrites à travers le ciel dans la lumière de mille milliards d'étoiles, guidant le destin de chaque galaxie dans le cosmos.