La matière noire, simple particule exotique ou nouvel univers?

La matière noire, simple particule exotique ou nouvel univers?

Le concept de matière noire à été inventé afin de répondre à des anomalies cosmologiques, des comportements d’étoiles et de galaxies qui ne collaient pas avec le modèle standard de la physique. En gros, la réalité observée = le modèle standard + matière noire + énergie noire, cette dernière étant expressément responsable de l’expansion ce l’univers – et de nature toute aussi inconnue (1). Sans matière noire, un « truc » électriquement neutre mais soumis à la gravité, les galaxies ne se formeraient pas comme elles le font (voir ne se formeraient pas du tout).

The question is, c’est quoi ce truc? De nombreux articles traitent du sujet sur ce blog (voir tag matière sombre), qui n’a toujours pas de solution. Le meilleur candidat théorique, une particule massive de type WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) n’a toujours pas été trouvé malgré des années de recherches. Le mois dernier l’expérience américaine LUX dédiée à la recherche des WIMP s’est arrêtée après deux ans sans avoir rien détecté.  Lire la suite « La matière noire, simple particule exotique ou nouvel univers? »

Un autre MOND est possible!

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J’ignore si George Lucas y pensait en inventant le côté sombre de la Force pour Star Wars, mais le monde des vraies étoiles est supposé être également doté de son côté sombre: la matière noire et l’énergie noire. Plusieurs articles de ce blog en parlent déjà, mais le but de celui-ci est de faire connaissance avec une hypothèse que l’on pourrait appeler « effet Jedi »: une solution ne nécessitant pas ce côté sombre pour expliquer la formation des galaxies – hypothèse dont le vrai nom est MOND (MOdifyed Newtonian Dynamics, ou Dynamique Newtonienne Modifiée), inventée en 1981 par le physicien israélien Mordehai Milgrom. Lire la suite « Un autre MOND est possible! »

Et alors, cette matière noire?

Décidément la matière noire a l’esprit malicieux ces derniers temps. Je parlais en début de mois dans le billet « La matière noire souffle le chaud et le froid » des incohérences dans les résultats des différents détecteurs actuellement en batterie pour détecter cette fameuse matière (censée constituer de l’ordre de 85% de la masse de l’univers). Et voici qu’une nouvelle étude publiée par des chercheurs de l’ESO au Chili et en Italie s’intitule « Aucune évidence de matière sombre au voisinage du système solaire« . Alors qu’évidemment elle est supposé exister là comme partout ailleurs. Lire la suite « Et alors, cette matière noire? »

La matière noire souffle le chaud et le froid

La matière noire (ou sombre), telle un monstre du Loch Ness cosmique, apparaît et disparaît selon les méthodes de détection, se fait tantôt passer pour « froide », tantôt pour « chaude » selon les construction théoriques sur sa nature mais, comme le dit si bien le théoricien Jonathan Feng de l’Université de Californie, « nous sommes dans le même cas que cette parabole des Indes dans laquelle un groupe d’aveugles touchent chacun une partie d’un éléphant et cherchent ensuite à reconstruire ensemble une image de l’animal ». Lire la suite « La matière noire souffle le chaud et le froid »

Galaxies à spirale: trop belles pour être vraies?

M83 - Southern Pinwheel

Quoi de plus beau qu’une galaxie spirale, telle la M101 dite « Pinwheel », à quelques 25 millions d’années-lumière au sein de la Grande Ourse? Belle et surtout mystérieuse car l’existence de ce type de galaxie pose actuellement des questions sur le mode de développement de ces merveilles célestes.

La description traditionnelle de l’émergence des galaxies consiste à partir de fluctuations quantiques après le Big Bang, ayant eu pour effet de densifier certaines parties de la « soupe atomique » de l’époque. Fluctuations très liées à la matière sombre (ou matière noire), censée constituer près des 3/4 de la masse de l’univers. Dans le modèle cosmologique standard, c’est l’observation de la réalité – et notamment les galaxies – qui fonde la nécessité d’une telle matière sombre, a priori froide et statique. Toujours selon ce modèle, ces densifications locales seraient les points de départ de la construction des galaxies par attraction gravitationnelle.

Néanmoins, pour devenir aussi grandes qu’elle le sont aujourd’hui les galaxies se sont entrechoquées et ont fréquemment fusionné autour de bulbes massifs constitués d’amas d’étoiles désordonnés avec, au centre, un trou noir. Dans les galaxies spirales à bulbe, il y a une corrélation entre la taille du bulbe et la taille du trou noir, et 70% des galaxies possèdent un bulbe. Les galaxies spirales sans bulbe étaient supposées avoir réussi à grandir sans fusionner avec d’autres, et on ne se posait pas trop la question de savoir comment, exactement, elles s’y étaient prises. Lire la suite « Galaxies à spirale: trop belles pour être vraies? »

AMS opérationnel sur la station spatiale internationale.

Lancé par Endeavour lors de son dernier voyage le 16 mai dernier, le détecteur de rayons cosmiques AMS-02 est installé et fonctionne parfaitement:

Ses mesures devraient aider les scientifiques à comprendre la nature de la matière sombre et de la relation matière – antimatière. L’expérience devrait durer une dizaine d’années.

Matière noire: où sont les WIMPs?

Dans le billet publié le 13 avril sur ce blog « Une 5ème force de la nature en technicouleur? » je notais que l’éventuelle validation de la théorie « Technicolour » remettais en cause le modèle de matière noire le plus couramment admis actuellement en cosmologie, à savoir qu’elle serait composée de particules appelées WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Les WIMPs feraient partie de la classe des particules non baryoniques froides, c’est à dire des particules qui n’interagissent pas avec la matière « normale » (baryonique) et froides car créée aux origines de l’univers. Donc particulièrement difficiles à détecter.

C’est pourquoi une expérience spécifique nommée Xenon100 fut lancée l’an dernier au laboratoire national italien Gran Sasso. Un détecteur placé à 1 400 m sous terre (pour minimiser les interférences avec les radiations comiques) pendant 100 jours. La théorie prévoit que sur une telle période quelques WIMPs devraient interagir avec les atomes de Xénon au sein du détecteur. Résultat? Lire la suite « Matière noire: où sont les WIMPs? »

Une 5ème force de la nature en technicouleur?

La science reconnait actuellement quatre forces fondamentales: la gravité, l’électromagnétisme, et les forces nucléaires « forte » et « faible ». Pour une description et mise en contexte de ces forces je conseille l’article sur wikipedia. Ces quatre forces ont aujourd’hui des caractéristiques très différentes mais il est généralement admis dans le cadre du modèle standard qu’à l’origine, c’est-à-dire au moment du Big Bang, ces forces avaient des puissances équivalentes – ce qui fonde la recherche d’une Grande Théorie Unifiée pour rassembler ces quatre forces en une seule « super force ».  Lire la suite « Une 5ème force de la nature en technicouleur? »

Calcium, titane et matière noire

D’où provient le calcium, constituant principal de nos os et dents? Des étoiles. Plus précisément, aux dernières nouvelles selon le magasine Nature, d’étoiles très denses (naines blanches) nourries à l’hélium et produisant en contre-partie du calcium et du titane. L’explosion de ces étoiles aurait propagé le calcium jusqu’à la Terre. Anodin jusque là, mais il y a aussi un rapport avec la matière noire (ou matière sombre)

Cette matière, qui selon les sources correspondrait à entre 75% et 90% de la masse totale de l’univers mais dont nous ne connaissons rien, serait détectable par l’émission de positrons (version anti-matière de l’électron) eux-mêmes le fruit de collisions de particules au sein de cette matière noire.  Ces positrons sont effectivement détectés par des équipements tels ATIC et PAMELA, et la communauté scientifique semblait assez confiante que ces détections les mettaient bien sur la piste de la matière noire.

Mais, problème: ces nouvelles supernovæ productrices de calcium et de titane, sans doute assez communes et ordinaires,  sont une autre source de positrons car le titanium radioactif se désintègre en émettant des positrons. Donc les détections de positrons pourraient bien la signature de ce type d’explosions plutôt que de matière noire.

Cela ne remet pas en cause la possible, voire nécessaire existence de la matière noire, mais complique fortement la procédure de détection.  La matière noire est une solution théorique à des questions issues d’observations réelles telle les lentilles gravitationnelles non causées par des amas de « vraie » matière (ou matière baryonique en langage savant). Mais d’autres solutions théoriques sont également recherchées, telle la TeVeS de Jacob Bekenstein où, plus radical encore et inspiré de la théorie des cordes, l‘univers ekpyrotique mais là on s’éloigne du sujet de ce billet.