La matière noire cartographiée !
Dans le journal Nature de la semaine dernière, des chercheurs ont annoncé avoir cartographié la matière noire d’un amas de galaxies. La matière noire, c’est la tarte à la crème de la physique moderne : tout le monde l’étudie sans avoir la moindre idée de sa nature. Tout comme l’éther au début du siècle dernier, une telle énigme est pleine de promesses pour les physiciens. La matière noire sera probablement un jour à l’origine d’une révolution scientifique comparable à la théorie de la relativité d’Einstein, soit par la découverte de ce qu’elle est, soit par la formulation d’une théorie plus générale qui explique les observations sans elle. Je vais essayer d’expliquer un peu ce que l’on entend par ces termes, puis je parlerai de l’article en lui-même.
La première observation astrophysique « bizarre » a été la distribution des vitesses des galaxies au sein des amas galactiques, beaucoup trop regroupée par rapport à la masse estimée de l’amas. Il y a eu, ensuite, l’impossibilité de faire coïncider la masse d’une galaxie estimée à partir de ses effets gravitationnels, et celle estimée à partir de sa luminosité : la deuxième est plusieurs dizaines ou centaines de fois trop faible.
Mais l’observation la plus choquante, car la plus précise, est venue de la distribution des vitesses des étoiles au sein d’une galaxie. D’après une des lois de Kepler, cette vitesse devrait décroître avec la distance au centre - elle s’avère, en fait, constante. Tout se passe comme si un halo de matière invisible s’étendait sur le pourtour de la galaxie, halo qui représenterait 90% de la masse de la galaxie !
D’un point de vue phénoménologique, la façon la plus simple de décrire ces différents phénomènes est une matière d’un genre inconnu, qui n’interagit pas avec les photons (la force électromagnétique), mais qui est soumise à la gravitation. Cette hypothèse est cohérente avec les différents points énoncés plus haut, avec son invisibilité, et résout même quelques autres problèmes. Par exemple, elle permet d’expliquer comment les infimes variations de densité de la soupe primordiale, après le Big Bang, ont pu évoluer si vite en galaxie et en amas : la matière noire aurait été là pour accélérer le processus.
Elle n’a que deux défauts, et pas des moindres. Le premier est, par définition, que personne n’a jamais vu un grain de matière noire. Personne n’a même jamais vu de trace de chocs avec la matière noire dans les accélérateurs de particules. Le deuxième est que la matière noire n’a aucune place dans le « Modèle Standard », la vision relativement claire que l’on a de la physique.
La page Wikipédia présente bien les approches correspondant à ces deux problèmes. La première famille d’explications correspond à des particules, soit des objets connus (nuages de gaz, neutrinos, trous noirs) mais pas encore détectés, soit des particules inconnues, de masse non nulle, n’interagissant pas avec les photons. La deuxième famille regroupe des théories alternatives au duo formé par Newton et Einstein, pour expliquer les effets observés sans avoir besoin d’invoquer de la matière invisible. L’état de l’art est le suivant : les programmes d’observation semblent prouver que les objets connus ne sont pas responsables, et les théories alternatives peinent à former un consensus (la théorie des cordes aurait même tendance à faire consensus contre elle).
L’article de Nature, donc, est la traque la plus large et la plus détaillée, à partir des clichés du télescope Hubble, de cette matière noire[1]. Les chercheurs (pas mal de Français dans le lot, au passage) ont cherché les lentilles gravitationnelles[2] dans une petite portion de l’espace (un degré d’angle dans chaque dimension transversale et une faible profondeur), car cet effet donne accès à la densité massique et est indépendant des hypothèses, ce qui est capital quand on ne sait pas ce que l’on cherche.
Après avoir analysé la forme d’un demi-million de galaxies,
excusez du peu, ils ont réussi à produire la première carte de la matière noire
à l’échelle d’un amas de galaxies, avec une haute précision et une bonne
résolution, et, cerise sur le gâteau, à trois instants successifs dans le temps
(souvenez-vous que la distance par rapport à
Ce travail, que l’on devine titanesque, va certainement avoir un rôle pratique capital en astrophysique. Il sera le premier étalon auquel seront mesurées les théories candidates sur la matière noire, et il servira aussi à bâtir des scénarios d’évolution de l’univers. Souhaitons-leur bonne chance...
[1] Les lecteurs attentifs auront compris « matière noire » comme « soit de la matière invisible et inconnue, soit un effet explicable par une théorie pas encore formulée », bien évidemment.
[2] Une lentille gravitationnelle est un effet purement relativiste, dans lequel l’attraction gravitationnelle de la matière courbe la lumière, comme dans une lentille de verre. Il est possible de repérer ces effets, et d’en déduire la masse ayant agi sur la lumière.
20 réactions à cet article
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@Furtif : précisez votre question. Le scénarion « Big Bang » n’est pas vraiment remis en cause dans cette histoire. Le point qui chiffonne est que les galaxies se sont formées trop vite (13 milliards d’années) par rapport à ce que l’attraction gravitationelle de la matière « standard » seule aurait été capable de faire. là encore il y aurait « besoin » d’une matière supplémentaire.
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@ l’auteur
Est-ce que cet article de Nature démolit complètement la théorie MOND et sa version relativiste TeVeS , lesquelles essayent d’expliquer ces problèmes galactiques sans qu’il y ait besoin de la matière noire ? Ou bien celles-ci restent-elles une explication alternative possible aux phénomènes observés ?
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Comme je l’ai ecrit dans la note en bas de page, il ne s’agit que d’une cartographie independante de cet « effet gravitationnel », sans relations d’aucune sorte avec les differentes theories explicatives (matiere ou theorie physique dont vous proposez des exemples).
Il s’agit des « faits » auxquels devront se confronter les « theories ».
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@L’auteur,
Merci, pour cet article qui il faut bien le dire fait tache sur cette antenne AV. J’aime la Science. Ma réaction explique mon commentaire. Vulgariser est un art difficile. Même Sciences et Vie qui se donne cet objectif n’y arrive pas toujours. J’aime notre canadien Hubert Reeves. Carl Sagan, dans le passé. Tous ceux qui savent dire les choses de la haute avec les mots du bas. Bon essai.
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bon article, avec un bon esprit : ni dogmatiquement affirmatif, ni perclus de doute et de relativisme. L’effort est d’autant plus méritoire que wikipedia n’a pas cette qualité, et que de même j’ai entendu à la radio une tentative de vulgarisation qui faisait bien trop de place aux théories, au lieu d’insister sur l’essentiel : comme vous le dites bien, « Il s’agit des »faits« auxquels devront se confronter les »theories« . »
et puis c’est vrai que c’ets le genre d’article excessivement nécessaire ici, vu la sur-représentation de considérations politiques inintéressantes.
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vous avez raison - l’hypothèse d’un univers géméllaire est beaucoup plus raisonnable et économique. Il ne recquiert qu’un seul « artifice » : un autre univers. Si peu. A moins que vous vouliez développer ?
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vos reactions sont tres interessantes et pertinentes. On peut effectivement voire une equivalence entre matiere et energie noire, selon la formalisation utilisee. Et, oui aussi, certaines des theories les plus a la mode (cordes, branes, gravitation quantique) postulent un certain nombre d’autres dimensions. je n’entre pas dans les details, je risque de dire des betises, mais vos suggestions ne sont pas denuees de sens.
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ce genre de correction, la loi de Newton n’etant qu’une approximation à courte distance, est effectivement proposé et étudié.
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