L’insaisissable matière noire : un mystère cosmique persistant
La découverte du boson de Higgs a laissé croire à une compréhension complète de la matière qui compose notre univers. Cependant, il s’avère que la matière visible, incluant tout ce qui nous entoure sur Terre ainsi que les étoiles et galaxies, ne constitue que 5 % de l’univers. Environ 68 % de l’univers est composé d’une énergie sombre mystérieuse, tandis que 27 % est attribué à une matière dite « noire », qui reste encore largement incomprise.
Les premiers indices de l’existence de la matière noire remontent aux travaux de l’astronome suisse Fritz Zwicky en 1933. Lorsqu’il a tenté de mer la masse d’un amas galactique, il a utilisé deux méthodes. La première, fondée sur les vitesses de rotation des galaxies, a révélé qu’une force gravitationnelle supplémentaire était nécessaire pour maintenir la cohésion de l’amas. La seconde méthode, qui évaluait la masse à partir de la lumière émise par les galaxies, a montré une différence significative entre les deux estimations. Zwicky a alors conclu qu’une forme de matière inconnue, ne produisant pas de lumière, devait exister.
Dans les années 1970, Vera Rubin a renforcé cette hypothèse en étudiant les vitesses de rotation des étoiles dans les galaxies spirales. Elle a observé que les étoiles, indépendamment de leur distance au centre de la galaxie, se déplaçaient à des vitesses similaires, contredisant les prévisions basées sur les lois de Kepler. Ce constat a suggéré que les galaxies contenaient une quantité substantielle de matière noire.
La présence de matière noire est aujourd’hui mesurée plus directement grâce aux lentilles gravitationnelles, une méthode qui exploite le fait que de grandes concentrations de matière déforment l’espace environnant, modifiant ainsi les trajectoires de la lumière.
D’autres preuves de l’existence de la matière noire proviennent des collisions entre amas galactiques, où la matière visible subit des interactions tandis que la matière noire semble passer à travers sans résistance. Ce phénomène a été observé dans des événements tels que la collision de l’« amas de la Balle », où les effets de la matière noire ont été mis en évidence par des observations effectuées avec le télescope spatial Hubble.
En parallèle, les astrophysiciens de la collaboration Planck ont déterminé la composition de l’univers en étudiant le fond cosmologique diffus, une lumière résiduelle du Big Bang. Cette lumière, qui a commencé à voyager à travers l’univers 380 000 ans après sa création, continue d’être détectée aujourd’hui. Les données recueillies par Planck ont permis de confirmer que l’univers est constitué de 27 % de matière noire et de 68 % d’énergie sombre.
La nature de cette énergie sombre est encore inconnue, mais des recherches menées en 1998 par des équipes dirigées par Saul Perlmutter et Adam Riess ont révélé que l’univers ne se contente pas de s’étendre, mais que cette expansion s’accélère. Cette découverte a remporté le prix Nobel de physique en 2011.
En somme, la matière noire reste un sujet de recherche intensif, jouant un rôle crucial dans la formation et l’évolution des galaxies. Son existence, bien que confirmée par diverses méthodes d’observation, laisse encore de nombreuses questions sans réponse quant à sa nature.
Source : Pour la Science
