Publié par : Claude Marchis | 8 mai 2012

La matière noire, un mystère de l’univers

PUblication dans le Tarn libre du 11 mai 2012

 

Andromède, une galaxie voisine, et sa mystérieuse matière noire


Depuis des lustres, la matière a suscité des interrogations dans les pensées de l’humain et les chercheurs ont tenté d’en dénouer les mystères. Dans une édition de décembre de cette rubrique, nous avons abordé l’infiniment petit et les particules constituant les atomes, aujourd’hui c’est l’univers distant qui nous intéresse avec sa grande énigme : la matière noire.

Ce concept a vu le jour dès les années 70 grâce à l’esprit critique et la ténacité objective des savants contemporains. Les lois de l’univers depuis Newton, Kepler ou Einstein, et tant d’autres chercheurs, ne suffisent plus à répondre à certains phénomènes observés relatifs aux mouvements des objets célestes. Les théories actuelles s’appliquent mal à l’échelle de l’univers : les calculs sur les masses ou les trajectoires des étoiles, galaxies, amas de galaxie, présentent des anomalies. Il faudrait ajouter de la matière pour que ces masses et ces trajectoires correspondent aux calculs théoriques. C’est pourquoi les chercheurs spéculent l’existence d’une matière nouvelle et invisible, la matière « noire » ainsi nommée parce que nous ne la percevons pas… loin d’être anodine cependant, puisqu’elle constituerait 90 % de l’univers! Alors quelles sont plus précisément ces énigmes qui perturbent tant la réflexion des scientifiques, de quoi serait-elle composée, ou ne ferions nous pas fausse route et les théories existantes seraient-elles alors à revoir ?

Le paradoxe des découvertes fait que le chercheur du XXIe siècle, disposant aujourd’hui d’un éventail de hautes techniques sophistiquées de mesures et d’observations, avance à grands pas dans la connaissance tout en se confrontant à de nouveaux problèmes. La première énigme provient d’un constat que les étoiles en périphérie d’une galaxie, comme dans celle d’Andromède, ont une vitesse nettement trop rapide par rapport à celle prévue par les calculs de gravité. Il faudrait ajouter de la masse pour vérifier ces équations qui combinent masse, vitesse et distance, d’où cette suspicion de matière invisible. D’autre part, les amas de galaxies très lointaines constituent des objets de choix pour ces études de l’univers lointain,mais là encore, se révèlent des incohérences. Recourant à la théorie de la relativité générale et à son principe mainte fois vérifié énonçant une courbure de l’espace et de la lumière au voisinage des grandes masses, les astrophysiciens savent déterminer la masse gravitale d’une galaxie. Or, encore une fois, en comptabilisant les masses de tous les composants, étoiles, galaxies, gaz interstellaires, on obtient un résultat différent. La partie visible des amas de galaxie ne représenterait que 10% de la masse gravitale.

Des particules encore inconnues pour expliquer la matière noire

De cette existence théorique d’une matière invisible, les chercheurs sont amenés à postuler des éléments jusqu’alors inconnus qui la composeraient, des « candidats » disent-ils. Le raisonnement premier, le plus naturel, est de penser aux objets invisibles déjà connus de notre univers : des trous noirs ou des étoiles qualifiées naines, en fin de vie, plus petites, ne brillant plus mais excessivement denses. Cette hypothèse a été abandonnée car les recherches dans ce contexte n’ont pu expliquer mathématiquement le déficit. Alors les chercheurs se sont tournés vers l’infiniment petit. Les progrès de la physique de la matière pourraient nous apporter les clés de cette découverte attendue. La matière est composée d’atomes, eux mêmes composés de particules que sont les électrons, les protons, les neutrons et plus de 350 autres particules découvertes dans le cosmos ou révélées en laboratoire par les accélérateurs de particules. La récente théorie sur la supersymétrie des particules apporterait la solution. En effet, elle prédit que chaque particule est associée a une autre. Leurs masses plus élevées font qu’elles ne peuvent être révélées qu’avec des collisions de haute énergie non atteintes aujourd’hui dans les accélérateurs. De nombreuses suspicions se portent vers le neutralino, une particule de ce type invisible aujourd’hui, qui pourrait éclairer le mystère de la matière noire. Les physiciens espèrent la détecter dans de prochaines expérimentations dans le HLC, l’accélérateur de particules européen.

Orgueil et rigueur ne font pas bon ménage. Les chercheurs savent remettre en question leurs prédictions. En effet, peut-être s’est-on trompé sur l’hypothèse de l’existence d’une matière noire. Cela signifierait alors que les lois de la gravitation, de la relativité générale, telles que nous les connaissons ne peuvent s’appliquer totalement à l’échelle du cosmos, non pas qu’elles soient erronées mais insuffisantes. Comme Einstein et bien d’autres scientifiques de l’époque relativiste ont été amenés à revoir la gravitation newtonnienne pour qu’elle puisse s’appliquer aux grandes vitesses et aux grandes masses, ce serait la tâche des physiciens théoriciens et des mathématiciens contemporains à proposer de nouvelles équations qui répondraient au mystères de l’univers. Une belle aventure de découvertes, passionnante à suivre.

Claude Marchis

 

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