Matière noire : une colle invisible qui n'existe peut-être même pas |  DW |  09.08.2022

Matière noire : une colle invisible qui n’existe peut-être même pas | DW | 09.08.2022

Il n’a jamais été détecté, il a seulement été spéculé. Mais les scientifiques estiment que jusqu’à 85% de la matière de l’univers pourrait être constituée de ce qu’on appelle la matière noire.

Les scientifiques ne peuvent pas définir la matière noire avec certitude, mais cela n’a pas arrêté la recherche de celle-ci. Notre télescope spatial le plus récent et le plus grand, le télescope spatial James Webb, est sur le cas.

Quelques instants après la publication des premières images prises par le télescope le 12 juillet 2022, Kai Noeske a dit quelque chose de mystérieux et de vrai.

Noeske, un astronome du Centre européen d’observation spatiale (ESOC) à Darmstadt, en Allemagne, a pointé une image du Quintette de Stephan, un groupe de cinq galaxies, dont on n’avait jamais vu auparavant.

L’astronome Kai Noeske a regardé l’image du Quintette de Stephan et a dit : “Il y a beaucoup de choses là-bas que nous ne savons pas. […] L’une de ces choses pourrait être la matière noire.”

Et il a dit: “Il y a beaucoup de choses là-bas que nous ne savons pas. Et nous ne savons pas ce que nous ne savons pas.” [But] une de ces choses pourrait être la matière noire.”

une découverte fortuite

Au 19e siècle, Lord Kelvin, un physicien écossais-irlandais, voulait estimer la masse de notre galaxie, la Voie lactée, en utilisant des données sur la vitesse à laquelle les étoiles se déplaçaient autour du noyau de la galaxie.

Mais Kelvin a trouvé des divergences ou des anomalies dans les données, des choses qui ne pouvaient pas être expliquées et qui ont été attribuées à des “corps sombres” que nous ne pouvons pas voir.

“La galaxie semble tourner beaucoup plus vite qu’elle ne le devrait, selon les estimations”, a expliqué Tevong You, théoricien au CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire.

Image souterraine du Grand collisionneur de hadrons au CERN, Genève

Le Large Hadron Collider est l’accélérateur de particules le plus puissant au monde.

La théorie est qu’il existe une “matière invisible” responsable de la vitesse à laquelle notre galaxie tourne, a déclaré You. Et cela peut également être vrai pour d’autres galaxies.

On a observé que les étoiles se déplaçaient à des vitesses plus élevées que prévu, en particulier aux bords des galaxies. Et c’est bizarre.

Les étoiles devraient lâcher prise et ‘voler’

Imaginez que vous attachiez une pierre à une ficelle et que vous la fassiez tourner à grande vitesse. La pierre se détacherait et s’envolerait si elle atteignait une vitesse supérieure à un certain seuil, un point auquel la corde devient trop faible pour retenir la pierre, à mesure que la pierre prend de la vitesse et gagne en force.

Mais les astronomes ont observé des étoiles qui continuent de tourner autour du centre de la galaxie, même lorsque la corde qui les retient à la galaxie, pour ainsi dire, aurait dû se casser et que les étoiles auraient dû “s’envoler”.

La seule explication des astronomes est qu’il doit y avoir une matière invisible gardant la pierre à portée. Peut-être est-ce cette matière noire insaisissable ?

Cela reste une question sans réponse. Et il existe de nombreuses autres anomalies, telles que la forme de certaines galaxies, dont notre Voie lactée, qui sont jusqu’à présent inexpliquées.

Nous ne pouvons pas voir la matière noire, mais nous pouvons voir ses effets.

Les scientifiques disent que la raison pour laquelle nous ne pouvons pas voir ou détecter cette matière invisible est qu’elle n’interagit pas avec les forces électromagnétiques, comme la lumière visible, les rayons X ou les ondes radio.

Ils soutiennent que nous pouvons cependant observer certains des effets de la matière noire grâce à son attraction gravitationnelle.

Mais nous voulons toujours détecter la matière noire à part entière. Et c’est là qu’intervient le grand collisionneur de hadrons du CERN. Tevong You et d’autres chercheurs du CERN pensent que le LHC est notre meilleure chance de détecter la matière noire.

Une affiche représentant un détecteur de particules au Large Hadron Collider, CERN

Lorsque des particules entrent en collision au LHC, les débris qui en résultent sont piégés dans des détecteurs comme celui-ci. Voici une illustration de l’un des détecteurs du LHC.

Il y a dix ans, des expériences au LHC ont prouvé le modèle standard de la physique des particules en détectant la particule de boson de Higgs, une particule qui s’était longtemps révélée insaisissable.

Le modèle standard est l’idée que tout dans l’univers est composé de quelques particules fondamentales et que celles-ci sont régies par quatre forces fondamentales : la force forte, la force faible, la force électromagnétique et la force gravitationnelle.

Tevong You a déclaré que le LHC pourrait aider à résoudre le mystère de la matière noire. Mais même maintenant, You soupçonne que la matière noire ne ressemblera en rien aux particules que nous connaissons du modèle standard.

“Il doit interagir très faiblement. Il ne peut pas interagir avec la lumière ou l’électromagnétisme. Il ne peut pas interagir avec la force forte et il peut interagir via la force faible qui provoque la radioactivité”, a déclaré You.

Si cela se lit comme une énigme, vous n’êtes pas seul. Les scientifiques essaient toujours de le découvrir par eux-mêmes.

Mesurer la matière noire par ce qui manque

Le Large Hadron Collider brise les particules pour créer des collisions. Les collisions produisent des débris qui se retrouvent pris dans les détecteurs de particules.

C’est comme si vous deviez écraser deux pommes ensemble, les morceaux voleraient dans toutes les directions et se coinceraient sur les murs et le sol. Ces morceaux de pomme seraient toujours des fruits, mais ils seraient aussi devenus quelque peu différents. Pourtant, si nous devions collecter tous les morceaux de pomme, y compris les jus, nous aurions théoriquement tous les morceaux pour reconstituer ces deux pommes d’origine.

Et il en va de même pour les particules fondamentales. Nous les écrasons, ils se divisent et pulvérisent contre les détecteurs du LHC, et si nous les remontons, nous devrions être en mesure de rendre compte de tous les fragments qui ont constitué ces particules d’origine.

Mais si après tout cela, nous constatons qu’il manque quelque chose… en particulier de l’énergie ou de la masse, comme on appelle aussi l’énergie… Eh bien, en matière de physique des particules, les scientifiques ont tendance à penser qu’il doit y avoir quelque chose de sombre ou de matière invisible : éléments que nous ne pouvons pas voir, mais qui sont une grande partie de tout.

Andre David est un physicien expérimental au CERN qui construit des détecteurs de particules et dit que si l’énergie manque après une collision, cette énergie a probablement été transférée à la matière noire.

“Le boson de Higgs interagit avec tous les autres éléments qui ont une masse. Et donc la matière noire doit [also] ont une masse pour obtenir l’effet que nous voyons dans les galaxies », a déclaré David.

De nouvelles théories sur la matière noire

Certains scientifiques affirment que s’il y avait des forces invisibles dans l’univers, nous les aurions déjà trouvées, et puisque nous n’avons pas détecté ces forces, ils suggèrent que nous devrions penser en dehors du modèle standard.

L’un de ces scientifiques est le physicien Mordehai Milgrom. Milgrom a développé une théorie alternative de la gravité, qui suggère que la force gravitationnelle agit différemment à différentes distances du noyau d’une galaxie.

Alors que la théorie de la gravité de Newton explique la plupart des mouvements à grande échelle dans le cosmos, la dynamique newtonienne modifiée de Milgrom suggère qu’une force agit différemment lorsqu’elle est faible, comme au bord d’une galaxie.

Les partisans de la théorie disent qu’elle prédit la rotation des galaxies et la vitesse des étoiles mieux que la théorie de Newton.

Mais nous ne savons toujours pas si nous découvrirons un jour la matière noire ou prouverons la dynamique newtonienne modifiée de Milgrom. Ce que nous savons, c’est que notre compréhension de l’univers est loin d’être complète.

Édité par : Abbaye de Zulfikar


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