La matière noire, c’est le ciment des galaxies

> > La matière noire, c’est le ciment des galaxies ; écrit le: 15 février 2012 par aboura

Dans les années 1930, les astronomes ont trouvé des indice qui tendent à prouver qu’au moins 90 % de la matière présente dans l’Univers n’émettent pas de lumière.

Cette matière invisible, qu’on appelle matière noire ou matière sombre, fournit le ciment gravitationnel qui empêche une galaxie en rotation de se disloquer, et permet aux galaxies qui se déplacent à très grande vitesse de rester ensemble grou­pées dans un amas. La matière noire semble également avoir ; joué un rôle crucial dans le développement de l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui : un réseau arachnéen de super amas de galaxies immensément longs et séparés par des vides géants. Il est bien possible que la matière noire détermine le sort ultime du cosmos.

La matière derrière la masse manquant

Le premier indice que l’Univers contient de la matière noire fut trouvé en 1933. En examinant les mouvements des galaxies à l’intérieur d’un grand amas de la constellation de la Chevelure de Bérénice, l’astronome Fritz Zwicky, de l’institul californien de technologie, découvrit que certaines galaxie de la Chevelure de Bérénice se déplaçaient si rapidement qu’il était impossible, selon les lois connues de la physique, que toutes les étoiles et le gaz visibles de l’amas puissent lier gravitationnellement ces galaxies entre elles. Et pourtant, l’amas demeurait intact, d’une manière ou d’une autre.

Zwicky arriva à la conclusion qu’un type de matière invisible devait exister à l’intérieur de la Chevelure de Bérénice et être la source de l’attraction gravitationnelle manquante.

Aussi surprenante que cette conclusion ait pu sembler à l’époque, la matière noire ne fit pas les titres des journaux avant plusieurs autres décennies. De nombreux astronomie pensèrent qu’une fois que les mouvements des galaxies auraient été étudiés avec davantage de détails, le raisonne­ment qui avait prédit la substance invisible disparaîtrait. À lit place, la preuve de son existence devint plus irrésistible dans les années 1970. Car ce n’était plus seulement les amas d’étoiles qui semblaient contenir cette substance, mais aussi les galaxies individuelles. Les paragraphes qui suivent présen­tent les principaux arguments en faveur de l’existence de la matière noire.

Les étoiles extérieures et intérieures tournent à la même vitesse

Vera Rubin et Kent Ford, de l’institution Carnegie de Washington, étaient en train d’étudier les mouvements d’étoiles dans des centaines de galaxies spirales lorsqu’ils arrivèrent à une conclusion qui semblait aller à l’encontre de la physique conventionnelle. Une galaxie spirale ressemble à un œuf au plat, la plus grande partie de sa masse semble concentrée dans le jaune que les astronomes appellent le bulbe central. Les images révèlent que la masse visible de la spirale diminue rapidement au fur et à mesure que l’on s’éloigne du bulbe.

Les scientifiques s’attendaient naturellement à ce que les étoiles d’une galaxie spirale tournent en orbite autour de ce centre massif de la même manière que les planètes de notre système solaire décrivent une orbite autour du Soleil. Obéissant à la loi de la gravitation de Newton, les planètes extérieures, comme Pluton et Neptune, tournent plus lente­ment autour du Soleil que les planètes intérieures comme Mercure, Vénus et la Terre. En conséquence, les étoiles à la périphérie d’une galaxie spirale devraient filer plus lentement sur leurs orbites que celles qui sont proches du bulbe. Mais ce n’est pas la conclusion à laquelle sont parvenus Rubin et Ford.

Galaxie après galaxie, leurs observations révélèrent que les étoiles périphériques tournaient rapidement, tout comme celles qui étaient plus proches du bulbe. Étant donné que très peu de matière visible est présente dans les régions exté­rieures, comment était-il possible que les étoiles extérieures réussissent à filer aussi rapidement sur leurs orbites ? A de telles vitesses, elles auraient dû être éjectées.

  La matière noire froide explique la présence de grumeaux dans le cosmos

Les cosmologues (ou cosmologistes, c’est-à-dire les scienti­fiques qui étudient la structure globale de l’Univers et la façon dont il fut formé) ont également dû avoir recours à la matière noire pour expliquer une énigme fondamentale de l’Univers : comment, à la suite du big bang, a-t-il évolué depuis le stade de soupe quasiment uniforme de particules élémentaires  pour atteindre sa structure actuelle grumeleuse d’amas et de superamas de galaxies ?

Bien qu’approximativement 15 milliards d’années se soient écoulées depuis la naissance de l’Univers, cette durée est insuffisante pour que la matière visible, à elle seule, ait pu fusionner afin de former les gigantesques structures cos­miques que l’on observe aujourd’hui.

Pour résoudre cette devinette cosmologique, les scientifique» prennent pour hypothèse que l’Univers contient un type spécial de matière noire, la matière noire froide, qui se déplace pluu lentement et se regroupe en masses compactes plus rapidement que la matière ordinaire visible. Répondant à l’attraction de cette matière exotique, la matière ordinaire a formé les étoiles et les galaxies à l’intérieur des concentrations les plus denses de cette matière sombre. Cette théorie expliquerait pourquoi chaque galaxie visible semble incrustée dans son propre halo de matière noire.

  L’Univers est uniforme à grande échelle

Les astronomes croient à l’existence de la matière noire pour une autre raison cosmique : l’Univers, à de grandes échelles, est semblable dans toutes les directions (il est isotrope), et conserve le même aspect d’un bout à l’autre (il est homogène). Ces deux propriétés indiquent que l’Univers possède juste la bonne densité de matière, qui est appelée densité critique. La quantité totale de matière visible dont l’Univers semble être doté est loin d’être suffisante pour arriver à cellw densité critique. La matière noire comblerait le manque. Kl lit quantité exacte de matière noire présente pourrait détermlnuf si l’Univers va continuer indéfiniment son expansion ou s el fondrer sur lui-même (en un « big crunch »).

La matière de l’univers se compose à 90 % de matière noire

Si les arguments qui précèdent sont exacts, alors au moins 90 %, voire 99 %, de toute la matière de l’Univers est de la matière sombre. C’est une pensée qui invite à l’humilité. L’Univers que nous observons lorsque nous le scrutons au télescope, ou lorsque nous levons la tête vers le ciel nocturne qui regorge d’étoiles et de galaxies, n’est qu’une minuscule fraction de tout ce qui se trouve là-haut. Essayons d’illustrer cela par une analogie nautique : si les galaxies étaient l’écume des vagues, alors la matière noire serait l’immense océan invi­sible sur lesquelles elles flottent.






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