- 9 Novembre 2012 - Planétarium : Visite guidée du ciel
Comment réagiriez-vous si l’on vous disait que 85% de la matière dans l’Univers consiste d’une forme invisible dont nous ne savons rien? Vous seriez sans doute surpris, et c’est exactement la réaction qu’ont eue les astronomes. Faute d’un meilleur terme, ils ont baptisé cette mystérieuse masse invisible la matière noire.
Qu’est-ce que la matière noire?
La matière « ordinaire » dont nous sommes faits est comme de l’écume à la surface d’un vaste océan de matière sombre… Mais comment savons-nous au juste qu’une telle forme de matière existe? Tout simplement à cause de son influence gravitationnelle : sans cette influence, les majestueuses galaxies voleraient en éclats et les amas de galaxies se disloqueraient! La matière noire est véritablement le ciment qui tient l’Univers ensemble…
Une découverte qui date de 1933
C’est l'astronome suisse, Fritz Zwicky, qui en fit la première observation en 1933. Zwicky a d’abord calculé la masse totale d'un petit groupe de galaxies en mesurent leurs mouvements gravitationnels. Il a ensuite mesuré la masse de ces mêmes galaxies due aux étoiles. À sa grande surprise, Zwicky découvrit que la masse « gravitationnelle » des galaxies était 400 fois plus grande que leur « masse lumineuse »! Il y avait dans cet amas beaucoup plus de matière que ce que laissait deviner la luminosité des étoiles, mais cette matière n’émettait aucune forme de rayons électromagnétique... Elle était invisible! Quatre décennies plus tard, l'astronome américaine, Vera Rubin, étudiait la rotation des galaxies spirales. Elle s’attendait à observer que les étoiles situées à la périphérie de leurs galaxies tournaient plus lentement que celles situées plus près du centre. C’est exactement comme dans notre système solaire, où Mercure avance sur son orbite presque dix fois plus vite que la lointaine Neptune. Mais, elle a découvert que dans le cas des galaxies, la vitesse orbitale des étoiles demeurait presque constante, que l’on soit proche ou loin du centre. Seule explication possible : les galaxies étaient entourées par un gigantesque halo de masse invisible!
Une quantité astronomique de matière noire dans notre galaxie
Comme toutes les galaxies spirales, la Voie lactée a la forme d’un énorme disque aplati. Ce disque mesure environ 100 000 années-lumière de diamètre, et il renferme quelque 200 milliards d’étoiles. Mais ce n’est que la pointe de l’iceberg. Le disque est enveloppé dans un halo sphérique d’étoiles qui mesure 300 000 années-lumière de diamètre, et sa masse avoisine les 500 milliards de soleils! De plus, notre galaxie contient environ dix fois plus de matière noire que de matière lumineuse. Les astronomes savent bien que les galaxies contiennent des objets massifs, et peu lumineux, comme des étoiles à neutrons et des trous noirs, mais leur masse totale n’explique pas le comportement gravitationnel de leurs galaxies. Il faut qu’il y ait autre chose…
De quoi pourrait être constituée la mystérieuse matière noire?
Des travaux récents suggèrent que la matière noire appartient peut-être à une famille de particules subatomiques exotiques. Les neutrinos en sont un bon exemple : ils n’ont pas de charge électrique et ils interagissent très peu avec la matière ordinaire, ce qui en fait de bons candidats. Toutefois, des expériences récentes menées à l’Observatoire de neutrinos de Sudbury, en Ontario, indiquent que ces particules ont une masse très faible. Elles ne peuvent donc pas représenter à elles seules l’ensemble de la matière noire. Il faut conclure que, pour l’instant et malgré les recherches, la véritable nature de la matière noire demeure un mystère…
