La Matière Noire

La matière noire ou matière sombre (traduction de l'anglais dark matter) désigne une catégorie de matière hypothétique, invoquée pour rendre compte d'observations astrophysiques, notamment les estimations de masse des galaxies et des amas de galaxies et les propriétés des fluctuations du fond diffus cosmologique.

Différentes hypothèses sont explorées sur la composition de la matière noire : gaz moléculaire, étoiles mortes, naines brunes en grand nombre, trous noirs, etc. Cependant, les estimations de la densité de l'Univers et du nombre d'atomes impliquent une nature non baryonique. Des astrophysiciens supposent d'autres particules, peut-être des superpartenaires tels que le neutralino, regroupées sous le nom générique de « WIMP ».

Dark materRépartition de la densité d'énergie de l'Univers après exploitation des premières données du satellite Planck. La matière noire en est une des composantes principales.CC BY-SA 4.0

Observations récentes
D'après des résultats publiés en août 2006, de la matière noire aurait été observée distinctement de la matière ordinaire, grâce à l'observation de l'amas de la Balle constitué en fait de deux amas voisins qui sont entrés en collision il y a environ 150 millions d'années.  

186px bullet clusterOriginal work of NASA - public domain

Les astronomes ont analysé l'effet de mirage gravitationnel afin de déterminer la distribution totale de masse dans la paire d'amas et ont comparé cette distribution avec celle de la matière ordinaire telle que donnée par l'observation directe des émissions de rayons X en provenance du gaz extrêmement chaud des amas, dont on pense qu'il constitue la majorité de la matière ordinaire des amas (les galaxies y contribuant en fait très peu). La température très élevée du gaz est due précisément à la collision au cours de laquelle la matière ordinaire interagit entre les deux amas et est ralentie dans son mouvement. La matière noire quant à elle n'aurait pas interagi, ou très peu, ce qui explique sa position différente dans les amas après la collision.
La preuve de l'existence de la matière noire viendrait cependant d'une observation véritablement directe, c'est-à-dire de l'interaction entre des particules de matière noire avec des détecteurs terrestres, tels CDMS, XENON ou WARP, ou de la création de telles particules dans un accélérateur (comme le LHC par exemple). Ce type de mise en évidence aurait l'avantage de déterminer précisément la masse de telles particules et d'analyser en profondeur la forme de leurs interactions.

 

La matière noire encore plus sombre qu'on ne le pensait

Heic1506a
Ce collage montre des images du télescope spatial NASA / ESA Hubble de six amas de galaxies différentes. Les grappes ont été observés dans une étude sur la façon dont la matière noire dans les amas de galaxies se comporte lorsque les grappes entrent en collision. 72 grandes collisions de la grappe ont été étudiés au total.

Crédit image: NASA, ESA, D. Harvey (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse) et R. Massey (Université de Durham, Royaume-Uni)

Des astronomes utilisant les observations du télescope spatial de la NASA / ESA Hubble et Chandra l'Observatoire de rayons X de la NASA ont étudié comment la matière noire dans les amas de galaxies se comporte lorsque les grappes entrent en collision. Les résultats, publiés dans la revue Science le 27 Mars 2015, montrent que la matière noire interagit avec elle-même encore moins qu'on ne le pensait, et réduisant les options pour ce que cette substance mystérieuse pourrait être.

La matière noire est un point d'interrogation géant qui pèse sur notre connaissance de l'Univers. Il ya plus de matière noire dans l'Univers que la matière visible, mais elle est extrêmement difficile à atteindre; elle ne reflète pas, d'absorber ou émettre de la lumière, ce qui la rend invisible. Pour cette raison, elle est seulement connue pour exister par ses effets gravitationnels sur l'Univers visible (voir par exemple heic1215a ).

Pour en savoir plus sur cette mystérieuse substance, les chercheurs peuvent étudier d'une manière similaire à des expériences sur la matière visible - en regardant ce qui se passe quand il tombe sur des choses [1] . Pour cette raison, les chercheurs examinent de vastes collections de galaxies, appelées amas de galaxies, où les collisions impliquant la matière noire se produisent naturellement et où il existe de vastes quantités suffisantes pour voir les effets des collisions [2] .

Galaxies sont faites de trois ingrédients principaux: étoiles, des nuages ​​de gaz et de matière noire. Au cours de collisions, les nuages ​​de la propagation de gaz à travers les galaxies en collision avec l'autre et ralentissent ou arrêtent. Les étoiles sont beaucoup moins affectés par la traînée de gaz [3]  et, en raison des écarts énormes entre eux, ne dispose pas d'un effet de ralentissement sur ​​l'autre - bien que si deux étoiles ont fait entrer en collision les forces de frottement serait énorme.

«Nous savons comment gaz et d'étoiles réagissent à ces collisions cosmiques et où ils émergent de l'épave. En comparant comment la matière noire se comporte peut nous aider à affiner ce qu'il est réellement," explique David Harvey, de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, l'auteur principal d'une nouvelle étude.

Harvey et son équipe ont utilisé des données du télescope spatial de la NASA / ESA Hubble et Chandra l'Observatoire de rayons X de la NASA pour étudier 72 grandes collisions de cluster. Les collisions se sont produites à des moments différents, et sont vus sous des angles différents - certains depuis le côté, et d'autres tête-sur [4] .

L'équipe a constaté que, comme les étoiles, la matière noire a continué à travers les collisions violentes droite sans ralentir. Cependant, à la différence dans le cas des étoiles, ce ne est pas parce que la matière noire est loin de l'autre matière noire pendant les collisions. La principale théorie est que la matière noire est répartie uniformément dans les amas de galaxies afin particules de matière noire obtiennent souvent très proches les uns des autres. La raison de la matière noire ne ralentit pas est parce que non seulement il ne interagir avec des particules visibles, il interagit également avec d'autres encore moins la matière sombre qu'on ne le pensait.

"Une étude précédente avait vu un comportement similaire dans l' amas du boulet , " dit membre de l'équipe Richard Massey de l'Université de Durham, Royaume-Uni. "Mais il est difficile d'interpréter ce que vous voyez si vous avez juste un exemple. Chaque collision prend des centaines de millions de ans, alors dans une vie humaine, nous ne recevons que de voir un arrêt sur ​​image à partir d'un angle de caméra unique. Maintenant que nous avons étudié beaucoup plus de collisions, nous pouvons commencer à reconstituer le film complet et de mieux comprendre ce qui se passe. "

En trouvant que la matière noire interagit avec elle-même encore moins qu'on ne le pensait précédemment, l'équipe a réduit avec succès vers le bas les propriétés de la matière sombre. Les théoriciens de la physique des particules ont de continuer à chercher, mais ils ont maintenant un plus petit ensemble d'inconnues pour travailler avec lors de la construction de leurs modèles [5] .

La matière noire pourrait avoir des propriétés riches et complexes, et il ya encore plusieurs autres types d'interaction pour étudier. Ces derniers résultats excluent les interactions qui créent une forte force de frottement, ce qui provoque la matière noire à ralentir lors de collisions. Autres interactions possibles pourraient faire particules de matière noire rebondissent les unes sur les autres comme des boules de billard, causant la matière noire à être jeté hors de collisions ou de gouttes de matière noire à changer de forme. L'équipe sera l'étude de ces prochaine.

Pour augmenter encore le nombre de collisions qui peuvent être étudiées, l'équipe sont également à la recherche pour étudier les collisions impliquant des galaxies individuelles, qui sont beaucoup plus fréquentes.

"Il ya encore plusieurs candidats viables pour la matière noire, de sorte que le jeu est pas fini, mais nous approchons à une réponse», conclut Harvey. "Ces collisionneurs 'Astronomiquement Large' de particules sont finalement nous laissent entrevoir le monde sombre tout autour de nous, mais juste hors de portée."

 

© ESA/HUBBLE TELESCOPE►https://www.spacetelescope.org/images/heic1506a/

 

Date de dernière mise à jour : 22/03/2016