Pendant des décennies, une question dérangeait les astrophysiciens : où était passée la moitié de la matière « normale » de l’univers ? Cette matière, dite baryonique (celle qui compose les étoiles, les planètes, les êtres humains…), était introuvable dans les observations. Mais aujourd’hui, grâce à une découverte spectaculaire utilisant un phénomène astrophysique aussi bref que lumineux – les sursauts radio rapides – des chercheurs ont enfin trouvé sa cachette. Spoiler : elle flottait entre les galaxies depuis le début.

Le mystère des « baryons manquants »

Quand on parle de matière manquante, on pense souvent à la fameuse matière noire, invisible mais dominante dans l’univers. Mais ce dont il est question ici est bien plus « normal » : la matière baryonique, celle composée de protons et de neutrons.

D’après les modèles cosmologiques, on peut estimer précisément la quantité totale de matière ordinaire que contient l’univers. Le problème ? Les astronomes ne retrouvaient que la moitié de cette matière dans les galaxies et les étoiles. L’autre moitié, bien que censée exister, restait introuvable.

Pendant longtemps, les scientifiques soupçonnaient qu’elle se cachait dans le milieu intergalactique (IGM) : un immense réseau de gaz chaud et diffus qui relie les galaxies dans ce qu’on appelle la toile cosmique. Mais ce gaz, extrêmement ténu, échappait aux instruments traditionnels comme les télescopes optiques ou à rayons X. Il fallait donc une nouvelle méthode pour « voir l’invisible ».

Des lampes-torches venues des confins de l’univers

C’est là qu’interviennent les sursauts radio rapides, ou FRB (Fast Radio Bursts). Ces phénomènes cosmiques, découverts en 2007, sont des éclairs radio ultra-brefs (de quelques millisecondes) mais incroyablement puissants, émis par des galaxies très lointaines.

Lorsqu’un FRB traverse l’univers, il traverse aussi tout ce qu’il contient : galaxies, nuages de gaz… et surtout, l’IGM. En chemin, son signal est ralenti et dispersé par les électrons libres présents dans ces régions. En mesurant très précisément ce retard, les astronomes peuvent déduire combien de matière le FRB a traversée.

Autrement dit, les FRB sont comme des rayons laser cosmiques qui scannent l’espace et révèlent la densité du gaz qu’ils rencontrent.

Ce qu’ils ont découvert en analysant 60 FRB

Une équipe d’astrophysiciens du Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian et de Caltech a récemment publié dans Nature Astronomy une étude historique basée sur 60 FRB détectés par des radiotélescopes de nouvelle génération.

Les distances de ces FRB allaient de 11 millions à plus de 9 milliards d’années-lumière (le plus lointain jamais observé à ce jour). En analysant le ralentissement du signal pour chaque sursaut, les chercheurs ont cartographié la matière baryonique sur des distances colossales.

Leur conclusion est sans appel : environ 76 % de toute la matière ordinaire de l’univers est bien présente dans le milieu intergalactique, sous forme de gaz chaud et diffus. Le reste se répartit entre les halos de galaxies (15 %) et la matière plus dense des étoiles ou du gaz froid (quelques %).

Description complète et partition des baryons manquants. Crédit : Nature Astronomy (2025).

Une avancée fondamentale en cosmologie

Résoudre le problème des baryons manquants, ce n’est pas qu’un simple « inventaire cosmique ». Cela a des implications profondes pour comprendre :

• Comment les galaxies se forment et évoluent

• Comment la matière se distribue dans l’univers

• Comment la lumière voyage à travers l’espace sur des milliards d’années

Les chercheurs ont également confirmé un aspect clé de la rétroaction cosmique : les explosions d’étoiles et les jets de trous noirs supermassifs peuvent éjecter du gaz des galaxies vers l’IGM, ce qui empêche parfois la formation de nouvelles étoiles. Ces processus, longtemps supposés, sont maintenant soutenus par des observations directes.

Et ce n’est que le début…

Les FRB pourraient bien devenir l’outil de prédilection des cosmologistes. Avec des instruments comme le Deep Synoptic Array ou le DSA-2000, les astronomes espèrent détecter des milliers de FRB dans les prochaines années. Cela permettra de cartographier la matière invisible de l’univers avec une précision jamais atteinte.

« Nous entrons dans l’âge d’or de la cosmologie des FRB », résume Vikram Ravi, co-auteur de l’étude.