Matière noire : une révolution en physique est-elle en marche ?

Qu'est-ce que la matière noire ? Elle n'a jamais été observée, pourtant les scientifiques estiment qu'elle constitue 85% de la matière de l'univers. La réponse courte est que personne ne sait ce qu'est la matière noire. Il y a plus d'un siècle, Lord Kelvin l'a proposé comme explication de la vitesse des étoiles dans notre propre galaxie. Des décennies plus tard, l'astronome suédois Knut Lundmark a noté que l'univers doit contenir beaucoup plus de matière que nous ne pouvons en observer. Depuis les années 1960 et 70, les scientifiques tentent de comprendre ce qu'est cette mystérieuse substance, en utilisant une technologie de plus en plus compliquée. Cependant, un nombre croissant de physiciens soupçonnent que la réponse pourrait être qu'il n'existe rien de tel que la matière noire du tout.

La Backstory

Les scientifiques peuvent observer la matière lointaine de plusieurs façons. Des équipements comme le célèbre télescope Hubble mesurent la lumière visible tandis que d'autres technologies, comme les radiotélescopes, mesurent des phénomènes non visibles. Les scientifiques passent souvent des années à collecter des données, puis procèdent à leur analyse pour tirer le meilleur parti de ce qu'ils voient.


Ce qui est devenu très clair à mesure que de plus en plus de données arrivaient, c'est que les galaxies ne se comportaient pas comme prévu. Les étoiles aux bords extérieurs de certaines galaxies se déplaçaient beaucoup trop vite. Les galaxies sont maintenues ensemble par la force de gravité, qui est la plus forte au centre où se trouve la majeure partie de la masse. Les étoiles aux bords extérieurs des galaxies à disque se déplaçaient si vite que la force de gravité générée par la matière observable là-bas n'aurait pas pu les empêcher de s'envoler dans l'espace lointain.

Les scientifiques pensaient qu'il devait y avoir plus de matière présente dans ces galaxies que nous ne pouvons actuellement en observer. Quelque chose devait empêcher les étoiles de s'envoler, et ils appelaient ça quelque chose la matière noire. Ils ne pouvaient pas vraiment dire quelles propriétés il pourrait avoir, sauf qu'il doit avoir une attraction gravitationnelle, et il doit y en avoir pas mal. En fait, la grande majorité de l'univers (un énorme 85%) doit être de la matière noire. Sinon, les galaxies n'auraient pas pu rester aussi longtemps qu'elles semblent le faire. Ils se seraient séparés parce qu'il n'y aurait pas eu assez de gravité pour maintenir les billions d'étoiles en place.

Quand il s'agit de science, le problème avec quelque chose que vous ne pouvez pas observer, c'est qu'il est difficile d'en dire grand-chose. Parce que la matière noire n'interagit pas avec la force électromagnétique - qui est responsable de la lumière visible, des ondes radio et des rayons X - toutes nos preuves sont indirectes. Les scientifiques ont essayé de trouver des moyens d'observer la matière noire et de faire des prédictions basées sur des théories, mais sans grand succès.

Une solution possible

La théorie de la gravité de Newton explique assez bien la plupart des événements à grande échelle. Tout, depuis le premier lancer lors d'un match des Yankees jusqu'aux mouvements des constellations, peut être expliqué à l'aide de la théorie de Newton. Cependant, la théorie n'est pas infaillible. Les théories d'Einstein sur la relativité générale et restreinte, par exemple, expliquaient des données que la théorie de Newton ne pouvait pas expliquer. Les scientifiques utilisent encore la théorie de Newton car elle fonctionne dans la grande majorité des cas et a des équations beaucoup plus simples.

La matière noire a été proposée comme un moyen de réconcilier la physique newtonienne avec les données. Mais que se passe-t-il si, au lieu d'une réconciliation, une théorie modifiée est nécessaire. C'est là qu'un physicien israélien du nom de Mordehai Milgrom fait son entrée. Il a développé une théorie de la gravité (appelée Dynamique Newtonienne Modifiée ou "Lune” pour faire court) en 1982 qui postule que la gravité fonctionne différemment lorsqu'elle devient très faible, comme au bord des galaxies à disque.

Sa théorie ne se contente pas de expliquer les comportements des galaxies ; ce prédit leur. Le problème avec les théories, c'est qu'elles peuvent expliquer à peu près n'importe quoi. Si vous entrez dans une pièce et voyez que les lumières sont allumées, vous pouvez développer une théorie selon laquelle les rayons cosmiques du soleil frappent des miroirs cachés de la bonne manière pour éclairer la pièce. Une autre théorie pourrait être que quelqu'un a appuyé sur l'interrupteur de la lumière. Une façon de séparer les bonnes théories des mauvaises est de voir quelle théorie fait de meilleures prédictions.

Une analyse récente de Mond montre qu'il fait des prédictions nettement meilleures que les modèles standard de matière noire. Cela signifie que, si la matière noire peut assez bien expliquer le comportement des galaxies, elle a peu de pouvoir prédictif et est, du moins sur ce front, une théorie inférieure.


Seuls plus de données et de débats pourront régler le compte de la matière noire et du Mond. Cependant, Mond venant à être accepté comme la meilleure explication briserait des décennies de consensus scientifique et rendrait l'une des caractéristiques les plus mystérieuses de l'univers beaucoup plus normale. Une théorie modifiée n'est peut-être pas aussi sexy que des forces obscures et invisibles, mais elle peut simplement avoir l'avantage d'être une meilleure science.