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Cosmologie. Quelques lumières sur la matière noire ?

La matière noire est une hypothétique forme de matière, non encore observée. Elle ne serait sensible à aucune des forces fondamentales de l'univers, sauf à la force centrifuge. Ce serait les particules la composant qui constituerait environ 80% de la masse de l'univers observée. Les autres 20% sont constitués par la matière ordinaire, formant tous les objets observables, galaxies ou astres divers.

L'existence de la matière noire paraît indispensable à la cohésion de l'univers. Celle-ci s'est maintenue au long des quelques milliards d'année de vie qui lui sont aujourd'hui attribués. Ainsi, sans un noyau de matière noire au centre des amas galactiques et des galaxies, les astres les composant se seraient depuis longtemps dispersés sous l'effet de la force centrifuge à laquelle ils sont soumis dans des ensembles galactiques en rotation autour de leur centre.

On estime par ailleurs que cette matière n'est pas uniformément répandue dans l'univers. Elle forme comme la matière ordinaire des nuages évoluant sous l'effet de la gravité et pouvant éventuellement sous l'effet de celle-ci constituer des « astres noirs » non observables notamment au centre des nuages.

Une matière constituée d'ondes

Les nouvelles hypothèses concernant l'existence et la formation de cette matière ne manquent pas aujourd'hui. Selon celle qui la plus répandue aujourd'hui, la matière noire ne serait pas constituée de particules, mais d'ondes. On lira à cet égard un article publié par deux chercheurs de l'Université basque, Tom Broadhurst et Sandor Molnar 1). Ils ont réalisé une simulation pouvant expliquer la collision, précédemment observée, de deux clusters ou amas de galaxies, ayant contribué à la formation d'un nouvel amas, dit « El Gordo ».

Les amas galactiques sont les plus gros objet connus dans l'univers. Ils peuvent rassembler un nombre considérable de galaxies analogues à la Voie Lactée, pouvant atteindre plusieurs centaines de milliers d''entre elles. Ces amas se constituent sous l'effet de la gravité . Les clusters grossissent sous l'effet des forces gravitationnelles s'exerçant sur eux, lorsqu'elles sont assez fortes pour contrebalancer la force d'expansion de l'univers. 

Dans le cas de El Gordo, le plus grand amas observé par les télescopes actuels, celui-ci serait le résultat de la collision de deux amas géants. On peut l'observer du fait que la collision comprime les gaz intérieurs à chacun des deux amas jusqu'à des températures élevées visibles dans la partie des rayons X du spectre. Celui-ci montre que deux longues queues s'étendent à parti du cœur des deux amas. Les deux chercheurs ont été conduits à donner une explication « hydrodynamique » de celle-ci s'appuyant sur un article précédemment publié dans Nature 2) Sur cette base, ils ont réalisé un modèle numérique de la collision, qui permettrait d'expliquer la forme en queue de comètes des gaz, et la localisation des masses. Selon ce modèle, l'énergie dégagée au sein de El Gordo serait la plus élevée jamais observée, à l'exception de celle du Big Bang. 

Un modèle numérique n'est pas une observation. Cependant, en s'appuyant sur ce modèle, il sera possible de chercher à mieux interpréter les observations actuelles ou futures. Ces travaux conduiront à approfondir l'hypothèse d'une matière noire prenant le forme d'ondes plutôt que de particules.

Une matière constituée de petites particules

Un article plus récent du NewScientist 3) daté du 5 février 2018 a donné quelques précisions concernant une autre hypothèse 4). Selon celle-ci la matière noire ne serait pas constituée d'un seul type de particules, tel que l'hypothétique Wimp (Weakly Interacting Massive Particles,) jamais observé à ce jour malgré d'actives recherches. Par ailleurs, il ne s'agirait pas d'ondes. La matière noire serait constituée de particules analogues à la matière ordinaire. Il s'agirait de particules électriquement chargées, autrement dit sensibles à la force électromagnétique. L'une serait une particule lourde analogue à un proton, l'autre serait légère, telle un électron. Mais elles ne seraient pas visibles en l'état actuel des moyens d'observation disponibles.

Cette matière noire formerait des halos autour des galaxies, comme le halo d'origine inexpliquée observable autour de la Voie Lactée et constitué d'une nombre considérable de mini-galaxies, d'astres isolés et de poussières. Elle pourrait former des « objets noirs » analogues aux étoiles et planètes. Ceux-ci seraient inobservables. Mais leur présence et leur agrégation autour et au centre des galaxies pourraient constituer la masse manquante permettant notamment d'expliquer le maintien de la cohésion des galaxies observables.

Note au 11/01

Sur la recherche de la matière noire et des Wimps, on lira ce nouvel article qui vient de nous parvenir 5) . Le sujet n'est pas prêt d'être élucidé.

10/01/2019
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