Qu’est ce que la matière noire?

Qu’est ce que la matière noire?

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De quoi notre Univers est-il composé?

La matière, telle que nous la connaissons: les atomes, les étoiles et les galaxies, les planètes et les arbres, les rochers et nous, représente moins de 5 % de l’Univers connu. Pour le reste, environ 25 % est composé de matière noire, et 70 % de l'énergie noire. Pour compliquer le tout, ces deux éléments sont pour le moment invisibles à tous nos instruments d’observation.

Cela suggère que la matière que nous observons dans notre quotidien et  tout ce que nous observons tout autour de nous dans l’Univers n'est qu’une infime partie de la réalité. Mais il y a pire. Encore aujourd'hui, nous n'avons vraiment aucune idée de ce que sont la matière noire et l'énergie noire, ni de la façon dont elles fonctionnent et qu'elles interragisent avec la matière autour. En revanche, après plus d'un siècle d'interrogation, les chercheurs sont à peu près sur qu'elles existent bel et bien.

Quand la matière noire a-t-elle été découverte pour la première fois?

Les premières hypothèses concernant la matière noire remontent à la fin du 19e siècle. Le mathématicien et physicien William Thomson est à l’origine des premières hypothèses. En observant les variations gravitationnelles des étoiles positionnées près du centre de notre galaxie, il a émis l’hypothèse de la présence de forces gravitationnelles invisibles qui pourraient rendre compte de ses variations étranges, que les lois gravitationnelles classiques ne permettaient pas d’expliquer. En effet, notre galaxie semblait posséder une masse beaucoup plus grande que la masse des étoiles qu’elle contient.

Mais c’est Henri Poincaré qui, en 1906, formula le terme de matière noire pour décrire les variations observées par William Thomson.

Durant les années 1930, l’astrophysicien Franck Zwicky étudia les galaxies présentent dans un gigantesque amas de galaxies situé à environ 300 millions d’années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Chevelure de Bérénice.

Comme pour les étoiles observées par Thomson, les galaxies de l’amas étudiées par Zwicky présentaient également des anomalies. En effet, la masse présente dans l’amas de galaxies ne pouvait pas expliquer la vitesse excessivement élevée de ces galaxies. Il en déduisit qu’une masse gigantesque et non observable devait être à l’origine des vitesses observées.

Alors, que savons-nous exactement sur la matière noire ?

La première des choses dont on est à peu près certain est que la matière noire est la substance qui permet aux galaxies d'exister. Lorsque les chercheurs ont essayé de calculer pourquoi l'univers est structuré comme il l'est, il est vite devenu évident qu'il n'y a tout simplement pas assez de matière normale pour former les grands amas d’étoiles que sont les galaxies.

La force de gravité de la matière visible n'est tout simplement pas assez forte pour former des galaxies et les structures complexes que l’on peut apercevoir dans l’Univers. Sans la matière noire, dont on soupçonne la force gravitationnelle gigantesque, les étoiles seraient probablement plus dispersées un peu partout et ne formeraient pas de galaxies.

Nous savons donc qu'il y a autre chose à l'intérieur et autour d'elles, et qui maintient les galaxies. Quelque chose qui n'émet ou ne réfléchit pas de lumière. Quelque chose de sombre... 

Mais en plus de pouvoir calculer l'existence de la matière noire, nous pouvons la voir.

En effet, les endroits à forte concentration de matière noire courbent la lumière qui passe à proximité. Nous savons donc qu'il y a là quelque chose qui interagit avec la gravité. Néanmoins, à l’heure actuelle, il est plus raisonnable de dire que nous savons ce que l'énergie noire n'est pas, plutôt que ce qu'elle est !

Nous savons également que la matière noire n'est pas seulement des amas de nuages de matière normale, mais sans étoiles, car elle émettrait des particules que nous pourrions détecter.

La matière noire n'est pas de l'antimatière, car l'antimatière produit de l'énergie lorsqu'elle réagit avec la matière normale. Si c'était le cas, nous aurions pu mesurer l'énergie produite par la matière noire.

La matière noire n'est pas non plus constituée de trous noirs, ces objets très denses qui affectent fortement leur environnement. La matière noire ne semble pas confinée à des endroits précis, mais se trouve plutôt dispersée un peu partout.

Fondamentalement, nous ne savons que 3 choses avec certitude sur la matière noire:

  1. Il y a quelque chose.
  2. Elle interagit avec la gravité.
  3. Il y en a beaucoup.

La matière noire est probablement composée d'une particule inconnue qui n'interagit pas avec la lumière et la matière comme nous avons l’habitude d’observer. Mais pour l'instant, nous n’en savons rien.

Conclusion

Comme l’a souligné l’astrophysicien Neil deGrasse Tyson, dans son ouvrage Petite excursion dans le cosmos, la matière noire est à ce jour « le plus ancien mystère non résolu en astrophysique ».

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