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Cosmologie. Nouvelles perspectives concernant la matière noire

Le terme de matière noire ou matière sombre 1) désigne une catégorie de matière hypothétique, différente de la matière ordinaire constituant notre univers, au sein notamment des amas de galaxies et galaxies.

Il a été introduit vers 1970 pour rendre compte d'observations astrophysiques semblant contredire ce que devraient être les mouvements de ces systèmes d'astres, entre eux comme en leur sein, s'ils étaient constitués seulement de matière ordinaire. L'astrophysicienne Vera Rubin avait observé que les étoiles situées à la périphérie de la galaxie d'Andromède, la plus proche de notre propre galaxie, semblaient tourner trop vite. Au lieu de décroître au fur et à mesure que l'on s'éloignait du centre, leur vitesse restait quasi constante. Il en résultait que la courbe de rotation de cette galaxie était plate. De nombreuses autres observations similaires ont été faites dans les années suivantes.

L'hypothèse la plus simple est qu'il existe, au sein de ces galaxies comme dans de larges halos autour d'elles, une matière constituée de particules invisibles au regard des moyens d'observations actuels. Des hypothèses comme la présence d'astres morts invisibles ou de trous noirs ne sont généralement pas retenues. L'existence de particules faiblement visibles dites WIMP ou Weakly Interacting Massive Particle n'est pas retenue non plus, car il n'a jamais été possible de les observer ou de détecter leur présence. D'autres hypothèses plus complexes n'ont pas manqué, telle celle d'une force de gravité non constante, mais variable, dite MOND ou  Modified Newtonian dynamic , mais là encore il n'a pas été possible de les confirmer expérimentalement.

La matière noire aurait une abondance au moins cinq fois plus importante que la matière visible dite baryonique, si l'on voulait comprendre l'influence qu'elle aurait sur les mouvements galactiques. Il est donc devenu essentiel de comprendre de quoi elle est faite, c'est-à-dire d'observer les particules la constituant. Or, malgré de nombreuses recherches, ceci n'a pas pu encore être fait.

Un univers noir

Un article de Daniel Cossins, que vient de publier notre source habituelle d'informations , le Newscientist, relate de nouvelles perspectives concernant la possibilité d'observer la matière noire 2) . Celle-ci ne serait pas constituée de particules identiques, mais d'un ensemble de particules et de forces analogues à celles constituant notre propre univers. Ces diverses particules interagiraient entre elles. Elles pourraient d'ailleurs former de nouveaux atomes et molécules, ouvrant la porte à une chimie noire. Ajoutons pour notre part que cet univers pourrait comporter des planètes noires, hébergeant des formes de vie capables d'intelligence noire, comme sur la Terre . On pourrait parler d'un univers noir opérant en parallèle au nôtre. Encore faudrait-il, pour que cet hypothèse soit recevable, que l'on puisse observer certaines des particules le constituant.

Cela pourrait être possible dorénavant, non par une observation directe d'un tel univers, qui restera invisible, mais par celle de particules de diverse nature en provenant et atteignant notre univers. Elles pourraient le faire à partir de dispositifs physiques actuellement à l'étude et que l'on nomme des portails noirs. Les particules noires les traversant deviendraient alors observables.

Trois portails noirs sont actuellement en cours de mise en place. Le premier, nommé portail vecteur, s'intéressera aux photons, la particule depuis longtemps la plus étudiée. Un second dit portail scalaire, s'intéressera aux bosons de Higgs, récemment découverts et considérés comme pouvant être à l'origine de toutes les particules élémentaires actuellement recensées. Le troisième, dit portail neutrino, s'intéressera à ces particules extrêmement abondantes dans notre univers.

Le portail vecteur est considéré comme le plus prometteur. Le dispositif mis en place consistera à produire des photons ordinaires, d'une telle façon qu'ils puissent éventuellement interagir avec leur équivalent, un photon noir. Un tel photon noir pourrait être observé en tenant compte du fait que, comme les photos de notre univers, il interagirait avec tout objet qui posséderait une charge électrique. Comme ceux-ci sont innombrables, les chances d'observer une telle interaction ne seraient pas négligeables. De plus le photon noir n'aurait pas nécessairement à être semblable à un photon actuel. Il existe une grande catégorie de particules à laquelle les photons appartiennent qui pourraient constituer une grande partie de l'univers noir. Des expériences permettant de détecter des photons noirs sont menées depuis plusieurs années au Jefferson National Accelerator Facility aux Etats-Unis, en Virginie.

Nous ne pouvons les décrire ici, non plus que les deux autres portails à l'étude. Nous sommes obligés de renvoyer les lecteurs à l'article du NewScientist. Observons seulement qu'un détecteur de Higgs noirs, nommé MATHUSLA, devrait être mis en place au LHC ou Grand Détecteur de Hadrons européen. Certains scientifiques se demandaient si, après avoir découvert le Higgs, qui était son rôle essentiel, le LHC devrait entrer en chômage. S'il existait un univers noir, le LHC ne manquerait pas de travail.

Références

1) Sur la matière noire, voir Wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A, ainsi que Technoscience https://www.techno-science.net/definition/2844.html

2) Article du NewScientist 
https://www.newscientist.com/article/mg24032061-600-particles-crossing-to-our-world-could-open-portal-to-dark-matter-realm/

 

 

 

30/11/2018
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