Pour la science 463
Bogdan Dobrescu et Don Lincoln
La galaxie d'Andromède, notre voisine, tourne trop vite sur elle-même pour que les lois connues de la physiques maintiennent sa cohésion. Les étoiles de sa périphérie devraient être expulsées. Si la matière se résumait à celle que l'on voit, Andromède, et la plupart des galaxies spirales, ne devrait pas exister.
Les cosmologistes pensent que la ''matière noire'' entoure et imprègne Andromède, apportant le surplus gravitationnel qui en assure la cohésion. Cette matière représenterait plus de 80 % de la matière contenue dans l'Univers.
Les théories les plus simples la décrive composée d'un unique type de particules, à identifier, malgré les recherches aucune preuve directe de son existence n'a pu être apportée. Certains scientifiques imaginent donc plusieurs types de matière noire quand d'autres étudient les théories justifiant qu'elle n'existe pas et où les lois de la gravitations s'écarteraient de la mécanique newtoniennes.
L'existence de la matière noire reste privilégiée car elle explique la variétés d'observations astronomiques et cosmologiques : le mouvement des galaxies au sein des amas galactiques, la distribution de la matière à l'échelle de l'univers, la dynamique de la matière lors d'une collision de deux amas ou le phénomène de lentilles gravitationnelles. La matière noire paraît complexe et pourrait s'accompagner d'un type de forces inconnus agissant fortement sur la matière noire et peu, ou pas, sur l'ordinaire.
Si sa nature est inconnue certaines de ses propriétés sont déductibles par son influence sur la matière ordinaire. Les particules la composant sont probablement assez lourdes, être électriquement neutres. Elles sont insensibles à l'interaction forte mais pourrait interagir avec la matière ordinaire via l'interaction faible. Elle est stable aux échelles de temps cosmiques : elle ne se désintègre pas. Elle fut produite en totalité dans les premiers instants du Big Bang car aucun mécanisme permettant d'en produire n'a été découvert. Or une particule massive se désintègre plus ou moins vite en particules plus légères, si elle ne le fait pas c'est une grandeur associée à cette particule doit être ''conservée''.
La théorie la plus simple satisfaisant à ces conditions postule un type de particules, le wimp (weakly interacting massive particle).
Malgré des expériences de plus en plus précises, aucun signe concluant de l'existence des wimps n'a été détecté. Pour expliquer cette non-détection certains physiciens explorent des modèles moins classique. Dans ces modèles ces particules porteraient un nouveau type de ''charge sombre'' attractive ou répulsive en étant électriquement neutres, ces hypothétiques particules pourraient émettre des ''photons sombres''. Ces photons devraient être partagés moins fréquemment que dans la matière ordinaire.
Il est possible d'imaginer un univers ou existe une particule avec une charge sombre positive et son homologue de charge négative. Ce modèle suppose une forme d'électromagnétisme sombre conduisant les particules de matière noire à émettre et absorber des photons sombres. À quoi ressemblerait un univers de matière noire avec plus de particules dotées de charges sombres ?
La situation revient à postuler un proton et un électron sombres, même un photon sombre portant l'électromagnétisme sombre qui les lie. Ces particules pouvant se combiner pour créer des atomes sombres, des molécules sombres, et la chimie associée.
Ainsi la Galaxie aurait trois composantes : un nuage sphérique de wimps, 70%, et deux disques aplatis, 15% chacun.l'un en matière ordinaire, l'autre en matière noir. Ces disques seraient alignés, ou à peine inclinés l'un par rapport à l'autre. Une ''galaxie'' de matière noire coexisterait dans le même espace que la Voie lactée, elle serait dépourvue d'étoiles comme de grosses planètes sombres qui seraient détectables.
Les physiciens recherchent la matière noire complexe à l'aide de détecteurs souterrains avec peu d'espoir d'y parvenir, ils tentent également d'en créer dans les accélérateurs de particules.
Sans succès jusqu'à présent.
L'énigme est profonde. À grande échelle de nombreuses observations s'expliquent par la présence de matière noire. L'échec de sa détection directe souligne l'urgence d'en identifier la nature.
Tant qu'aucune solution au mystère de la composition du cosmos n'aura été apportée il convient d'être ouverts à la multitude d'explications possibles.
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