5 questions de base sur la matière noire sans réponse

Depuis au moins les années 1920, une hypothèse a imprégné le monde de l'astronomie: l'univers contient plus de matière que nous ne pouvons en voir à l'œil nu. Dans les années 1930, l'astronome suisse Fritz Zwicky a remarqué que les galaxies d'un groupe lointain s'orbitaient plus rapidement que prévu compte tenu de leurs masses visibles. Il a proposé qu'une substance invisible, qu'il a appelée matière noire, pourrait être en train de rapprocher par gravitation ces galaxies.

  • Votez pour Curious Mega en tant que presse geek de l'année au Gold Cube Award 2019!

Cette idée était plus difficile à prouver que le soutien, car il n’existait encore aucune preuve de cette affaire mystérieuse. Même avec des télescopes puissants tels que Hubble et Kepler, il n'a pas encore été détecté, mais son existence a toujours été plus qu'une probabilité, mais une possibilité forte. Environ 85% de la masse de l'univers est constituée de matériaux que les scientifiques ne peuvent pas voir - la matière noire, pour compliquer les choses, ne dégage ni lumière ni énergie. Alors, est-ce que cela importerait pour l'étude de l'univers?

Carte couvrant 1/30 du ciel, réalisée à partir de l'observation de 26 millions de galaxies. Les régions rouges ont plus de matière noire que la moyenne; les régions bleues moins. (Source: Université de Chicago / Chihway Chang)

"Les mouvements des étoiles disent à quel point cela compte", a déclaré Pieter van Dokkum, chercheur à l'Université de Yale, à la tête de l'équipe qui a identifié la galaxie Dragonfly 44, composée presque entièrement de matière noire.

1. Qu'est-ce que la matière noire?

Personne ne sait à coup sûr. Certains scientifiques ont même supposé qu'il serait composé de petites étoiles faibles et de trous noirs, mais des observations détaillées n'ont pas révélé suffisamment d'objets pour expliquer l'influence de la matière noire sur les autres corps célestes.

L’hypothèse la plus largement acceptée est qu’elle est formée d’un élément hypothétique appelé particule de masse d’interaction faible (WIMP) qui se comporterait comme un neutron, à l’exception du fait qu’il est 10 à 100 fois plus lourd.

2. Peut-on détecter la matière noire?

Si la matière noire est constituée de WIMP, ils seraient partout, invisibles et presque imperceptibles. Bien qu’elles n’interagissent généralement pas avec la matière ordinaire, il est théoriquement possible qu’une particule de matière noire heurte un proton ou un électron lorsqu’elle se déplace dans l’espace. Ainsi, pendant des décennies, les chercheurs ont expérimenté pour étudier un grand nombre de particules souterraines communes, où elles sont protégées des rayonnements parasites pouvant imiter une collision entre la matière noire et les particules. Aucune découverte fiable n'a été faite.

Au début de 2019, l'expérience chinoise PandaX a signalé la dernière non-détection de WIMP.

3. La matière noire est-elle composée de plus d'une particule?

Tout le monde a entendu parler des protons, des électrons et des neutrons, et certains connaissent les neutrinos, les muons et les pions. Les chercheurs se demandent alors si la matière noire est également compliquée. "Il n'y a aucune raison de supposer que toute la matière noire de l'univers est composée d'un seul type de particule", a déclaré le physicien de l'Université de Harvard, Andrey Katz. Selon lui, les protons sombres peuvent se combiner avec des électrons sombres pour former des atomes sombres, produisant des configurations aussi diverses et intéressantes que celles trouvées dans le monde visible. Le ciel est littéralement la limite.

Cette image, capturée par le télescope spatial Hubble, montre un anneau fantomatique de matière noire dans le groupe de galaxies Cl 0024 + 17. (Source: NASA / ESA / Communiqué de presse)

4. Quelles sont les propriétés de la matière noire?

Selon certaines théories, les particules de matière noire doivent avoir leurs propres antiparticules, qui s'annulent mutuellement. L’expérience du spectromètre magnétique Alpha (AMS) à la Station spatiale internationale (ISS) cherche des signes de cet anéantissement depuis 2011 et a détecté des centaines de milliers d’événements. Même dans ce cas, les scientifiques ne savent toujours pas s'ils proviennent de la matière noire, car ils ne savent même pas exactement ce que c'est.

5. La matière noire existe-t-elle dans toute la galaxie?

Cela semblait être la force qui unit de grandes structures, telles que les galaxies et les amas galactiques; mais au début de 2019, les astronomes ont annoncé avoir trouvé la galaxie NGC 1052-DF2, avec presque pas de matière noire. "Apparemment, la formation d'une galaxie n'est pas une nécessité", avait alors déclaré Pieter van Dokkum. Cependant, un autre groupe d'astronomes a publié une analyse suggérant que la nouvelle galaxie avait plus de matière noire que suggéré précédemment.