Baryons manquants : 76 % de la matière ordinaire localisés

Trois quarts de la matière ordinaire de l’Univers flottent entre les galaxies, sous forme de gaz chaud et diffus. C’est la conclusion d’une équipe menée par Liam Connor, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, publiée dans Nature Astronomy le 16 juin 2025 : 76 % des baryons se trouvent dans le milieu intergalactique. Le chiffre repose sur 69 sursauts radio rapides, des flashs de quelques millisecondes venus de très loin.

Pas de matière noire ici, seulement des protons et des neutrons.

Un déficit chiffré depuis les années 1990

Les baryons, ce sont les briques des étoiles, des planètes, des océans et de nos corps. Le fond diffus cosmologique et la nucléosynthèse primordiale leur attribuent environ 5 % du budget énergétique de l’Univers. Pourtant, l’addition des étoiles, des planètes et du gaz froid observés au télescope représente moins de 10 % de la matière ordinaire, rappelle Liam Connor. Les recensements les plus détaillés faisaient mieux, mais ils ne retrouvaient qu’environ 70 % des baryons dans l’Univers proche, laissant 30 % sans trace.

Le problème a été formalisé dès 1998, et les simulations proposaient une cachette plausible. Un milieu tiède-chaud, entre 100 000 et 10 millions de kelvins, trop diffus pour être détecté facilement, aurait pu l’abriter. Ces modèles prévoyaient que ce gaz rassemble 30 à 60 % des baryons actuels.

En 2018, une équipe menée par Fabrizio Nicastro a utilisé les télescopes spatiaux Hubble et XMM-Newton pour scruter le quasar 1ES 1553. Elle y a repéré une raie d’absorption de l’oxygène fortement ionisé, caractéristique d’un gaz d’environ un million de degrés. L’indice était solide, mais il ne valait que pour une seule ligne de visée.

Des éclairs radio pour peser un brouillard

Les sursauts radio rapides, ou FRB, durent quelques millisecondes. Sur leur trajet, le retard des ondes dépend de leur fréquence : les basses fréquences arrivent après les hautes, car elles sont freinées par les électrons libres du gaz ionisé. Mesurer ce décalage, la « mesure de dispersion », revient à compter les électrons croisés en chemin. Liam Connor compare les FRB à des lampes torches cosmiques qui permettent de peser un brouillard trop ténu pour être vu.

Soixante-neuf sursauts, de 11,7 millions à 9,1 milliards d’années-lumière.

La difficulté n’était pas de capter des FRB mais de savoir d’où ils viennent. Plusieurs milliers ont été observés, mais seule une centaine a été reliée à une galaxie bien identifiée, condition pour connaître la distance parcourue. Sans cette distance, impossible de convertir un retard en quantité de matière. L’équipe, qui associe Caltech et le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, s’est donc appuyée sur des sources localisées avec précision.

Où se range la matière ordinaire

Le partage obtenu se lit en trois lignes : 76 % dans le milieu intergalactique, environ 15 % dans les halos galactiques, et le reste dans les étoiles ou le gaz galactique froid. Cette dernière part, inférieure à 10 %, correspond à ce que les télescopes voyaient déjà.

Rapporté à l’Univers entier, cela représente environ 3,8 %.

Ce partage renseigne aussi sur la vie des galaxies. La gravité attire les baryons vers elles, mais les trous noirs supermassifs et les étoiles qui explosent peuvent les rejeter, comme un thermostat cosmique. Selon Connor, cette rétroaction doit être efficace pour expulser le gaz des galaxies jusque dans le milieu intergalactique.

Le total reconstitué par les FRB, un paramètre de densité Ωb h70 de 0,051, retombe sur les quelque 5 % attendus par le fond diffus cosmologique. Le bilan comptable des baryons, déficitaire depuis 1998, se referme donc sur le papier.

Ce que le chiffre ne dit pas encore

Cette répartition n’a jamais été vérifiée directement, même si elle cadre avec les prédictions de modèles cosmologiques sophistiqués. L’échantillon de 69 sources reste modeste face aux milliers de FRB détectés. Chaque nouveau sursauts localisé, avec sa galaxie hôte, affine la mesure.

D’autres équipes travaillent déjà dans la même direction. Une analyse de 124 FRB localisés estime que les structures effondrées (galaxies, groupes, amas, milieu circumgalactique) ne totalisent qu’environ 18 % des baryons attendus. Elle rappelle aussi que la forêt Lyman-alpha et le milieu intergalactique tiède-chaud en détectent environ 53 %, laissant 30 % non comptabilisés. Les auteurs cherchent à savoir si le gaz ionisé extragalactique comble ce déficit. Les FRB y sont décrits comme un outil prometteur pour sonder les baryons manquants.

Une autre voie, sans sursaut radio, converge. Une étude publiée dans Physical Review D a analysé environ sept millions de galaxies du relevé DESI et les a croisées avec les cartes de l’Atacama Cosmology Telescope, installé au Chili. Le gaz chaud se révèle par la déformation qu’il imprime au rayonnement fossile. Les halos s’étendent bien plus loin du centre des galaxies que les modèles ne le prévoyaient.

Le résultat de Connor porte une marge d’erreur : 0,051 avec une incertitude de 0,006, soit près de 12 % en valeur relative. Les 76 % sont donc une estimation, que les prochains FRB localisés devront resserrer.

Source : sciencepost.fr