Des astrophysiciens du MIT ont localisé la matière ordinaire manquante de l’Univers grâce aux sursauts radio rapides. Cette matière baryonique, longtemps recherchée par les cosmologistes, existe sous forme de nuages diffus autour des galaxies, à des distances supérieures aux prévisions des simulations. L’étude s’appuie sur plus de six millions de galaxies.
Depuis les mesures du fond diffus cosmologique dans les années 1990, les cosmologistes savent qu’environ 17 % de la matière produite après le Big Bang était de la matière ordinaire, celle qui compose protons, neutrons, étoiles et planètes. Or les astronomes ne repèrent, dans les étoiles et les galaxies visibles, qu’un dixième de cette quantité attendue. Trop diffus pour être photographiés, ces gaz étaient indétectables aux télescopes classiques. Une équipe du MIT, au sein de la collaboration CHIME/FRB, a retrouvé la trace de cette matière grâce aux sursauts radio rapides, de brefs flashs d’ondes radio émis par des phénomènes extrêmement énergétiques. Leur signal se déforme légèrement en traversant la matière sur son trajet jusqu’à la Terre. Cette déformation montre la quantité de matière traversée.
Des sursauts radio rapides comme sonde de la matière invisible
Doctorant au Kavli Institute for Astrophysics and Space Research du MIT, Haochen Wang signe l’étude en tant que premier auteur, publiée le 21 juillet dans Physical Review Letters, aux côtés de Kiyoshi Masui, professeur associé de physique au MIT et coauteur des travaux. Les deux chercheurs ont croisé deux catalogues de données. Le premier rassemble les détections de CHIME, un radiotélescope canadien installé en Colombie-Britannique et sensible aux sursauts radio rapides, au nombre de plusieurs milliers depuis sa mise en service. Le second regroupe les mesures du relevé DESI, un instrument fixé sur le télescope Mayall, à l’observatoire de Kitt Peak en Arizona. Conçu à l’origine pour étudier l’énergie noire, cet instrument mesure aussi la position tridimensionnelle des galaxies avec une grande précision.
La densité moyenne de cette matière manquante avoisine un proton par mètre cube. Les télescopes optiques classiques ne la détectent pas à un tel niveau de dilution.
Les chercheurs ont sélectionné 2 870 sursauts dans le catalogue de CHIME, puis comparé leur dispersion à la position de plus de six millions de galaxies issues du relevé DESI. Chaque sursaut émet plusieurs longueurs d’onde à la fois. Les plus énergétiques, dites « bleues », arrivent en premier sur Terre, tandis que les plus faibles, dites « rouges », accusent un léger retard en traversant la matière. Ce décalage, mesuré avec précision, indique la quantité de gaz traversé par le signal avant son arrivée.
La matière manquante repérée à quatre millions d’années-lumière des galaxies
Les deux chercheurs confirment la présence de gaz baryonique autour des amas de galaxies, mais la disposition de ce gaz les surprend. Une galaxie mesure en général quelques centaines de milliers d’années-lumière de diamètre. Or l’équipe a détecté des traces de matière manquante jusqu’à quatre millions d'années-lumière au-delà, une distance supérieure aux prévisions des simulations cosmologiques. Pour Kiyoshi Masui cet écart est dû à une activité stellaire et à une activité des trous noirs plus violentes que prévu par les modèles. Selon Haochen Wang, cette dynamique ressemble à des fontaines qui repoussent le gaz loin des galaxies plutôt qu'à un phénomène confiné à leur voisinage immédiat.
Ce n’est pas la première fois que des chercheurs annoncent avoir localisé la matière manquante de l’Univers. En 2025, une équipe de l’université de Berkeley affirmait avoir détecté des filaments de gaz chauds par une méthode fondée sur le rayonnement X, sans toutefois relier cette matière à des galaxies identifiées. Cette technique restait limitée aux régions les plus denses de l’Univers, plus faciles à observer que les nuages ténus repérés par les sursauts radio rapides. La méthode du MIT franchit une étape supplémentaire, car elle associe chaque sursaut radio à des galaxies répertoriées par DESI et dresse une cartographie plus fine de la répartition du gaz.
CHIME a détecté environ 4 000 sursauts radio rapides depuis sa mise en service, mais seule une fraction a servi à cette étude. Kiyoshi Masui compte affiner la méthode à mesure que la collaboration CHIME/FRB accumulera de nouvelles détections.
