• Nox

LA MATIERE NOIRE : LE « FANTÔME COSMIQUE »

80% de la matière contenue dans l’espace pourrait être une matière invisible et inconnue, qui nous échappe encore : c’est ce que l’on appelle la « matière noire ». Cet objet cosmique fait aujourd’hui l’objet de controverses scientifiques : les astrophysiciens peinent à cerner les propriétés de la « matière noire » dont l’existence est encore à prouver. C’est en 1937 que l’on entend parler pour la première fois de « matière sombre », lorsque l’astronome Fritz Zwicky remarque le mouvement anormal des galaxies qu’il étudie. Elles se déplacent plus rapidement que ce que leur masse connue leur permettrait. Autrement dit, il y a une quantité de matière invisible qui pourrait expliquer pourquoi les galaxies se déplacent aussi vite. Presque cent ans plus tard, on ne sait toujours pas de quoi serait constitué la « matière noire » ; pire, certains astrophysiciens doutent même de son existence.


Représentation symbolique de la matière noire © AFP

Abandonnée pendant un temps, l’énigme de la « matière noire » fait à nouveau surface dans les années 70 grâce à une astronome, Vera Rubin, qui réalise à son tour que la rotation des étoiles dans les galaxies est aberrante. Prenons pour exemple notre galaxie : plus une planète est éloignée du Soleil, plus elle est lente puisque son mouvement dépend de la masse de l’objet autour duquel elle tourne. Quand Vera Rubin observe les galaxies, elle s’attend évidemment à ce que les étoiles les plus écartées du centre de la galaxie tournent à une vitesse moindre. Mais pas du tout : la vitesse à laquelle les étoiles tournent est si grande que, si le même schéma se répétait dans notre système, les planètes en rotation lointaine autour du Soleil seraient éjectées dans l’espace. Il y a donc une autre force qui altère le mouvement des étoiles, et qui n’est pas observable, car elle ne réfléchit pas la lumière. Pour Vera Rubin, la « matière noire » pourrait expliquer ce phénomène : mais si elle était vraiment à l’origine de cette perturbation, elle représenterait près de 90% de la masse de la Voie Lactée.


Mais alors que connaît-on aujourd’hui de la « matière noire » ? Les chercheurs ne sont sûrs que d’une seule chose : la « matière noire » est incontournable dans le processus de formation de l’Univers. Sans la « matière noire », pas d’agrégation des amas de galaxies, et donc, pas d’Univers tel qu’on le connaît. Concrètement, les galaxies seraient entourées d’un halo de « matière noire » qui composerait jusqu’à 90% de leur masse totale et qui assurerait la stabilité du disque galactique. Par ailleurs, elle permettrait d’éclairer certains mystères qui entourent l’après « big-bang » : alors que les scientifiques supposaient que les particules composant l’Univers avaient été distribuées de manière homogène, l’on a remarqué que la répartition des objets dans l’Univers n’était en réalité pas uniforme. Autrement dit, ces fluctuations d’objets sont la clé de la formation de l’Univers. Et pour les astrophysiciens, ce sont les fluctuations de la « matière noire » qui auraient permis cette distribution hétérogène des galaxies et des amas de galaxies. Malheureusement, les chercheurs ont encore très peu d’informations sur cette « matière noire ».


© CEA

En effet, les astrophysiciens s’interrogent toujours sur sa composition et sur la raison pour laquelle il nous est impossible de la détecter. Trois théories principales s’affrontent. Pour certains astrophysiciens, la « matière noire » serait composée d’objets cosmiques que l’on connaît déjà, les MACHOS (Massive compact halo object), et qui ne renvoient pas de lumière, à savoir les trous noirs, les étoiles à neutron ou encore les naines brunes. Mais la masse cumulée de tous ces objets ne suffirait pas à expliquer les effets de la « matière noire » sur les mouvements des étoiles. Cette théorie a donc été abandonnée depuis. La seconde hypothèse veut que l’on ne connaisse pas encore les composants de la « matière noire » puisque ceux-ci n’interagissent pas avec la lumière et donc sont extrêmement difficiles à détecter. Cette « matière noire » ne se composerait donc pas de particules élémentaires, mais de particules hypothétiques. En 1985, les astrophysiciens pensent avoir trouvé la réponse : la « matière noire » serait un échafaudage de particules supersymétriques, le neutralino. Cette particule hypothétique est très lourde, mais n’interagit pas avec les photons, donc elle est indétectable. En ce sens, elle permettrait de résoudre le mystère de la « matière noire ». Malheureusement, plusieurs tentatives ont été faites pour détecter ces WIMPS (Weakly Interacting Massive Particle), mais elles ont toutes échoué pour l’instant : aucune trace de ce genre de particules dans les résultats des expériences et des recherches.


La dernière théorie veut donc que la « matière noire » n’existe tout simplement pas. C’est le physicien Mordehai Milgrom qui va, en 1983, proposer cette solution à l’énigme. Pour lui, c’est tout simplement la théorie de la gravitation newtonienne qui est erronée. Il propose donc une nouvelle formule de la gravitation, qui exempt l’Univers de la présence de « matière noire » et qui fonctionne parfaitement : on l’appelle la théorie MOND (Modified Newtonian Dynamics). Mais sa proposition va rapidement être mise à mal après la découverte en 1998 de ce que l’on appelle « l’énergie noire », cet autre grand mystère cosmologique que la théorie MOND ne saurait expliquer, et qui nous fait réaliser à quel point nous connaissons encore très mal notre Univers…


Salomé