«La poésie, c'est ce qui fait apparaître l'invisible», a écrit Nathalie Sarraute. Voici une preuve supplémentaire que les astrophysiciens sont parfois de grands poètes. Une équipe internationale affirme en effet avoir découvert, pour la première fois, une galaxie «noire», et invisible! L'existence de cet objet céleste, si elle est confirmée, constituerait une des pièces manquantes dans le puzzle incomplet de la cosmologie.

Une galaxie noire? Il s'agit d'un disque de matière, en rotation sur lui-même, contenant notamment de l'hydrogène sous forme gazeuse. On n'y trouve par contre aucune étoile visible. Ces galaxies sont donc quasiment impossibles à repérer. L'existence de ce genre d'objets a été prédite il y a des années par les scientifiques, afin de faire correspondre aux observations les théories sur l'évolution de l'Univers: pour préserver la cohérence des modèles cosmologiques, une quantité de masse extrêmement grande devrait se cacher quelque part dans le cosmos. Plusieurs découvertes de galaxies noires ont déjà été annoncées par le passé. Hélas, à chaque fois, une auscultation détaillée a montré que celles-ci contenaient finalement bel et bien des étoiles. «Nous tenons maintenant la première candidate sérieuse», dit Diego Garcia, astrophysicien à l'Université de Cardiff (pays de Galles) et coauteur de l'article scientifique à paraître dans les Astrophysical Journal Letters.

C'est un peu par hasard que l'équipe internationale dont il fait partie est tombée sur cette perle noire, qui n'est peut-être pas si rare que cela. A l'origine, les chercheurs désiraient étudier l'hydrogène qui forme parfois des nuages dans le vide interstellaire. Cet élément n'est pas détectable par une «signature de lumière», comme c'est le cas avec d'autres gaz. Mais les ondes radio que l'hydrogène irradie, d'une longueur d'onde de 21 cm environ, peuvent être traquées au moyen de radiotélescopes terrestres.

Il y a cinq ans, en scrutant le ciel depuis l'Observatoire de Jodrell Bank, en Angleterre, Diego Garcia et ses collègues détectent une concentration plutôt inhabituelle d'hydrogène dans un coin de l'amas de galaxies de la Vierge, situé à 50 millions d'années-lumière. Intrigués, ils effectuent des vérifications avec le télescope d'Arecibo, à Puerto Rico: même résultat! «Nous avons trouvé une masse d'hydrogène équivalant à 100 millions de fois celle du Soleil», confirme le chercheur. Soit environ un dixième de ce que contient notre galaxie, la Voie lactée. Assez pour engendrer des dizaines de millions d'étoiles.

Toutefois, cette petite galaxie baptisée VirgoHI21 se devait même d'être beaucoup plus «lourde». En effet, sa vitesse de rotation est telle que seule une quantité de matière supplémentaire sise en son sein peut expliquer, par la force de gravité qu'elle exerce, que les atomes d'hydrogène ne sont pas éjectés de ce «nuage-toupie». «Cette matière inconnue, c'est probablement de la matière sombre», écrivent les chercheurs dans leur article. En deux mots, cette fameuse substance représenterait entre 70 et 95% de la masse de l'Univers, mais son existence n'a pas encore pu être prouvée. Elle pourrait être formée de particules élémentaires n'interagissant pas avec la matière visible.

Les auteurs de l'étude estiment donc que la masse totale de VirgoHI21 équivaudrait à environ 90 milliards de fois celle du Soleil. «Or, dans un amas comme celui de la Vierge, une galaxie d'une telle masse devrait briller tellement qu'on pourrait la voir depuis la Terre avec un instrument d'amateur», lâche Diego Garcia. Mais, même en recourant à un puissant télescope situé sur La Palma, une des îles Canaries, impossible de déceler le moindre scintillement. «Il s'agit donc probablement d'une galaxie sans étoile parce que la densité de matière dans le disque galactique est trop faible», suppose-t-il.

«Il existe en effet un seuil de densité en deçà duquel le gaz ne peut se condenser pour donner naissance aux protoétoiles», précise André Maeder, astrophysicien à l'Observatoire de Genève, en commentant ces résultats. Des propos qui corroborent l'étude: la densité de VirgoHI21 y a été estimée à environ la moitié de cette valeur limite. «Une grande «flambée» de galaxies a eu lieu il y a 10 milliards d'années, et nombre des galaxies connues sont nées à cette époque, poursuit le professeur. Mais certaines d'entre elles, comme VirgoHI21, «sommeilleraient» encore.»

A l'Université de Zurich, le professeur d'astrophysique Ben Moore réagit avec circonspection: «Ces résultats sont très intéressants, s'ils sont confirmés. Les simulations sur l'évolution de l'Univers tablent en effet sur un nombre de galaxies bien plus important que celui que l'on peut observer.» En effet, les galaxies invisibles pourraient être plusieurs dizaines de fois plus nombreuses que leurs homologues visibles. «Mais aucune n'avait été repérée jusqu'à ce jour.»

Et si les pères de VirgoHI21 avaient été leurrés par le passage, l'un devant l'autre, de deux simples nuages d'hydrogène, au point de donner l'impression d'un mouvement rotatif? «Nous avons pu observer que les deux extrémités du diamètre de cette galaxie se déplaçaient dans des directions opposées, rétorque Diego Garcia. De plus, il existe un gradient de vitesse entre son centre et son bord.» Selon Ben Moore, des mesures plus fines de cette cinématique sont tout de même indispensables afin d'être catégorique.

Le cosmologiste zurichois tente aussi une autre explication: «Cette zone de l'amas de la Vierge est très active. Il est possible que le nuage d'hydrogène observé soit en réalité les débris d'une «collision» entre deux autres galaxies». Mais Diego Garcia exclut aussi cette idée: «Nous avons fait des calculs pour l'évolution des objets voisins. Ils montrent que ce cas de figure est impossible. En fait, depuis cinq ans, nous avons écarté toutes les autres explications.» Et le professeur Mike Disney, autre astrophysicien de l'équipe, de conclure, sûr de lui: «Comme l'a dit Sherlock Holmes, lorsque l'on a éliminé l'impossible, ce qui reste – aussi improbable que ce soit – doit être la vérité.»