Un professeur de sciences explique : Pourquoi la matière noire est importante

Par Rachna Arora

L’étude de l’astronomie est une expérience bouleversante. Chaque fois qu’une nouvelle découverte cosmologique est faite, la réalité du peu que nous connaissons ou comprenons l’Univers est exposée. Le fait que la Terre est une petite planète par milliards, le soleil est une étoile de taille moyenne sur des milliards, que notre système solaire est une infime fraction de notre galaxie, qui est encore une sur des milliards, nous amène à comprendre à quel point , l’espace magnifique, inexploré et mal compris est !

L’univers a environ 13,8 milliards d’années et nous n’avons même pas commencé à comprendre sa composition malgré les avancées scientifiques et technologiques. Lorsque nous pensons à la composition de notre univers, nous pensons automatiquement aux étoiles, aux planètes et aux galaxies qui tournent gracieusement dans l’espace. Mais dans les années 1960 et 1970, des observations et des découvertes ont changé notre compréhension du cosmos. La matière que nous voyons et expérimentons dans notre vie quotidienne, qui est constituée d’atomes et est donc considérée comme ordinaire, est en fait assez rare. La matière telle que nous la connaissons comprend moins de cinq pour cent de l’univers. Le reste de l’univers, 95 pour cent, est l’univers sombre, composé de matière noire (environ 25 pour cent) et d’énergie noire (environ 70 pour cent). Cette découverte est largement attribuée à l’astronome Vera Ruben.

Lorsque la lumière tombe sur un objet, une partie est réfléchie et lorsque la lumière réfléchie pénètre dans notre œil, nous pouvons voir l’objet. Cependant, lorsque la lumière tombe sur la matière noire, elle la traverse simplement. La lumière ou tout autre rayonnement ou matière électromagnétique n’interagit pas avec la matière noire et ne peut donc pas être vu. (Probablement, cela aurait dû être appelé matière invisible.) A ce moment précis, les particules de matière noire nous traversent. Ce que nous savons de la matière noire, c’est qu’elle existe, et c’est tout. La recherche de la matière noire a duré des décennies. Bien que nous ne puissions pas le voir, le sentir, le goûter ou l’entendre, nous pouvons observer sa gravité impacter l’univers visible.

Il y a beaucoup de preuves soutenant l’existence de la matière noire. Nous savons que les planètes les plus proches du soleil tournent beaucoup plus vite que les planètes extérieures. Lorsque nous appliquons la même logique aux galaxies, les parties proches de leur centre devraient tourner plus rapidement que les parties éloignées. Mais les mesures ont montré de manière concluante que les parties externes se déplacent aussi vite que les parties internes des galaxies. L’explication logique présentée pour cette observation est que les galaxies ont de grandes quantités de matière noire, ce qui fournit l’attraction gravitationnelle supplémentaire pour garantir que la matière visible dans toute la galaxie tourne au même rythme.

Les objets liés les plus massifs de l’univers sont les amas de galaxies, qui comprennent des centaines à des milliers de galaxies. Ils sont également entourés de matière noire qui est responsable de la vitesse massive des gaz dans l’amas, fournissant ainsi une autre preuve de la mystérieuse matière.

Einstein nous a appris que tout, y compris la lumière, est influencé par la gravité. Alors que la lumière d’une galaxie lointaine traverse un amas de galaxies en route vers la Terre, elle se plie, créant de multiples images de la galaxie d’arrière-plan, un effet appelé lentille gravitationnelle par les astronomes. Ici, la matière noire dans l’amas de galaxies agit comme une lentille. S’il n’y avait pas eu de matière noire, il n’y aurait pas eu de lentille gravitationnelle observable.

Les simulations informatiques qui créent un univers numérique fournissent également des preuves convaincantes de l’existence de l’insaisissable matière noire. Dans les simulations, nous partons de grandes quantités de matière noire qui sont nées pendant le Big Bang, nous la laissons évoluer grâce à la gravité qui les fait se coller les unes aux autres, transformant un espace parfaitement homogène en amas de matière noire. Celles-ci finissent par abriter des galaxies et développent également des structures filamenteuses qui relient différentes galaxies, créant ce qu’on appelle un réseau cosmique. Les simulations font des prédictions sur la façon dont les amas de galaxies seront trouvés dans l’univers, et les résultats correspondent parfaitement aux données observables. Observer la toile cosmique et la lentille gravitationnelle, c’est comme posséder l’ADN de la matière noire, ce qui rend sa présence irréfutable.

La matière noire est-elle une particule exotique à découvrir ou simplement une propriété de la force gravitationnelle, que nous n’avons pas pu comprendre ? Nous ne le savons pas. Nous savons ce que la matière noire n’est pas. Les planètes perdues, les étoiles mortes, les nébuleuses sombres ne sont pas considérées comme de la matière noire car elles absorberaient, émettraient ou réfléchiraient la lumière. Il n’est pas non plus constitué de particules subatomiques comme les neutrinos, qui sont connus pour ne pas interagir avec la lumière même s’ils sont présents en abondance, car ils sont aussi légers que les électrons et incapables d’exercer une force gravitationnelle substantielle. Peut-être que la réponse se situe quelque part entre les deux et nous devons réunir les deux théories proposées pour résoudre ce casse-tête cosmique. Comprendre la matière noire est l’une des plus grandes questions de la science aujourd’hui, et certains des esprits les plus brillants de l’astrophysique essaient de la comprendre.

Des physiciens du monde entier ont construit des détecteurs sensibles profondément dans la terre et même dans l’espace pour détecter des traces de matière noire. En Inde, le laboratoire de Jaduguda situé dans une mine d’uranium abandonnée à Jharkhand se consacre à percer les mystères de la matière noire. Nous essayons même de fabriquer de la matière noire en laboratoire, le CERN en Suisse étant le fleuron de la recherche, brisant les particules subatomiques dans le Grand collisionneur de hadrons. Nous devons continuer à chercher et à réfléchir davantage pour comprendre la matière noire afin de débloquer une toute nouvelle compréhension de tout et de chacun dans notre univers connu.

La matière noire s’est peut-être enveloppée dans un linceul noir, mais elle ne pourra pas se cacher pour l’éternité de l’esprit humain indompté et de la curiosité implacable.

(L’écrivain est PGT- Physique à l’école Shiv Nadar, Noida)

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