La majeure partie de notre univers est cachée à la vue de tous. Bien que nous ne puissions ni le voir ni le toucher, la plupart des astronomes affirment que la majorité du cosmos est constituée de matière noire et d’énergie noire. Mais quelle est cette matière mystérieuse et invisible qui nous entoure ? Et quelle est la différence entre l’énergie noire et la matière noire ? En bref, la matière noire ralentit l’expansion de l’univers, tandis que l’énergie noire l’accélère.
La matière noire fonctionne comme une force d’attraction – une sorte de ciment cosmique qui maintient notre univers ensemble. C’est parce que la matière noire interagit avec la gravité, mais elle ne reflète, n’absorbe ou n’émet pas de lumière. Pendant ce temps, l’énergie noire est une force répulsive – une sorte d’anti-gravité – qui entraîne l’expansion toujours plus rapide de l’univers.
L’énergie sombre est la force bien plus dominante des deux, représentant environ 68 pour cent de la masse et de l’énergie totales de l’univers. La matière noire en représente 27%. Et le reste – un maigre 5 pour cent – est toute la matière régulière que nous voyons et avec laquelle nous interagissons tous les jours.
Matière noire
Dans les années 1930, l’astronome d’origine suisse Fritz Zwicky a étudié les images des quelque 1 000 galaxies qui composent l’amas de Coma – et il a repéré quelque chose d’étrange dans leur comportement. Les galaxies se déplacent si rapidement qu’elles devraient tout simplement se séparer. Il a émis l’hypothèse qu’une sorte de “matière noire” les maintenait ensemble.
Des décennies plus tard, les astronomes Vera Rubin et Kent Ford ont découvert un phénomène similaire en étudiant les taux de rotation des galaxies individuelles. Les étoiles situées à la périphérie d’une galaxie devraient tourner plus lentement que les étoiles situées près du centre. C’est ainsi que les planètes de notre système solaire tournent en orbite. Au lieu de cela, ils ont remarqué que les étoiles situées à la périphérie d’une galaxie tournent aussi vite – voire plus vite – que les étoiles situées plus près du centre. Rubin et Ford avaient trouvé une preuve supplémentaire qu’une forme invisible de matière tient apparemment l’univers ensemble.
“Même les étoiles à la périphérie orbitent à des vitesses élevées”, a expliqué un jour Rubin dans une interview avec Discover. “Il doit y avoir beaucoup de masse pour que les étoiles orbitent si rapidement, mais nous ne pouvons pas la voir. Nous appelons cette masse invisible la matière noire.”
Les astronomes disposent désormais de nombreuses autres lignes de preuves qui suggèrent que la matière noire est réelle. En fait, l’existence de la matière noire est si largement acceptée qu’elle fait partie de ce que l’on appelle le modèle standard de la cosmologie, qui constitue le fondement de la façon dont les scientifiques comprennent la naissance et l’évolution de l’univers. Sans elle, nous ne pouvons pas expliquer comment nous sommes arrivés ici.
Mais ce statut élevé met la pression sur les cosmologistes pour qu’ils trouvent la preuve définitive que la matière noire existe et que leur modèle d’univers est correct. Pendant des décennies, les physiciens du monde entier ont utilisé des instruments de plus en plus sophistiqués pour tenter de détecter la matière noire. Jusqu’à présent, ils n’en ont trouvé aucun signe.
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Énergie noire
Les astronomes savent que notre univers est en expansion depuis environ un siècle. Les observations télescopiques ont montré que la plupart des galaxies s’éloignent les unes des autres, ce qui implique que les galaxies étaient plus proches les unes des autres dans un passé lointain. En conséquence, les preuves du Big Bang se sont accumulées. Cependant, les astronomes supposaient que la force gravitationnelle combinée de toutes les étoiles et galaxies du cosmos devait ralentir l’expansion de l’univers. Peut-être même s’effondrerait-il un jour sur lui-même dans un Big Crunch.
Cette notion a cependant été balayée à la fin des années 1990, lorsque deux équipes d’astronomes ont repéré quelque chose qui n’avait aucun sens. Des chercheurs étudiant les supernovas dans les galaxies les plus lointaines ont découvert que les galaxies lointaines s’éloignaient de nous plus rapidement que les galaxies proches. L’univers n’était pas seulement en expansion – l’expansion s’accélérait.
“Ma propre réaction est quelque part entre l’étonnement et l’horreur”, a déclaré l’astronome Brian Schmidt, qui dirigeait l’une des deux équipes, au New York Times en 1998. “L’étonnement, parce que je ne m’attendais tout simplement pas à ce résultat, et l’horreur en sachant qu’il sera probablement incrédité par une majorité d’astronomes – qui, comme moi, sont extrêmement sceptiques face à l’inattendu.”
Mais plutôt que de le réfuter, les observations ultérieures n’ont fait que rendre les preuves de l’énergie noire plus solides. En fait, certains critiques éminents de la matière noire acceptent encore l’existence de l’énergie noire.
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Mais cela ne signifie pas que les chercheurs savent ce qu’est l’énergie noire. Loin de là. Mais ils peuvent décrire son rôle dans l’univers, grâce à la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. Einstein ne connaissait pas l’énergie noire, mais ses équations suggéraient qu’un nouvel espace pouvait voir le jour. Il a également inclus dans la relativité un facteur artificiel appelé constante cosmologique, qu’il a ajouté – et regretté par la suite – pour empêcher l’univers de s’effondrer vers l’intérieur. Cette idée permet à l’espace lui-même d’avoir de l’énergie. Cependant, les scientifiques n’ont toujours pas vu réellement cette force sur Terre.
Certains physiciens théoriques pensent qu’il existe tout un royaume obscur de particules et de forces, qui n’attend que d’être découvert. Quelle que soit la composition de l’énergie et de la matière noires, elles semblent jouer au tir à la corde avec notre univers – en le maintenant ensemble et en le tirant à part.