L'étoffe de l'univers d'hier et d'aujourd'hui HowStuffWorks.com Imaginez que vous vouliez déterminer la masse d'une maison et son contenu. Vous ramassez la maison et la posez sur une échelle géante. Disons, pour le plaisir d'argumenter, vous mesurez la masse à 100, 000 livres (45, 359 kilogrammes). Imaginez maintenant que vous voulez voir ce que chaque élément de la maison contribue à la masse totale. Vous retirez un élément à la fois et le placez sur la balance. Vous éliminez même tout l'air pour obtenir une mesure de sa masse. Disons maintenant la masse des objets individuels, y compris le sol, murs et toit de la maison, ajoute jusqu'à 5, 000 livres (2, 268 kilogrammes). Qu'en pensez-vous? Comment expliqueriez-vous l'écart dans les masses? En concluriez-vous qu'il doit y avoir des matériaux invisibles dans la maison qui alourdissent la structure ?
Depuis 40 ans, c'est exactement le dilemme auquel les astronomes ont été confrontés lorsqu'ils ont essayé de déterminer les éléments constitutifs de l'univers. Avant cette date, ils pensaient que l'univers contenait de la matière normale -- la substance que vous pouvez voir. Scannez à travers le cosmos, et ce genre de choses semble évident. Il y a des milliards de galaxies, chacun rempli de milliards d'étoiles. Autour de certaines de ces étoiles, les planètes et leurs lunes tracent des orbites elliptiques. Et entre ces grands, les corps sphériques reposent sur des objets de forme irrégulière, allant d'énormes astéroïdes aux météorites de la taille d'une roche en passant par de minuscules particules pas plus grosses qu'un grain de poussière. Les astronomes classent tout cela comme matière baryonique , et ils (et nous) connaissons son unité la plus fondamentale comme le atome , qui lui-même est composé de particules subatomiques encore plus petites, comme les protons, neutrons et électrons. (Par souci de simplicité, nous laisserons de côté les leptons et les quarks.)
À partir des années 1970, les astronomes ont commencé à recueillir des preuves qui les ont fait soupçonner qu'il y avait plus dans l'univers qu'il n'y paraît. L'un des plus grands indices est venu lorsque les scientifiques ont essayé de déterminer les masses des galaxies. Ils l'ont fait en mesurant l'accélération des nuages en orbite sur les bords extérieurs d'une galaxie, ce qui leur a permis de calculer la masse nécessaire pour provoquer cette accélération. Ce qu'ils ont trouvé était surprenant :la masse derrière l'accélération orbitale des nuages d'une galaxie était cinq fois plus grande que la masse de ce que vous pouviez voir - les étoiles et le gaz - répartis à travers la galaxie. Ils ont conclu qu'il devait y avoir un matériau invisible entourant une galaxie et la maintenant ensemble. Ils ont appelé ce matériau matière noire , empruntant un terme utilisé pour la première fois par l'astronome suisse Fritz Zwicky dans les années 1930.
Vingt ans plus tard, les scientifiques ont remarqué que supernovae de type Ia -- des étoiles mourantes qui ont toutes la même luminosité intrinsèque -- étaient plus éloignées de notre galaxie qu'elles n'auraient dû l'être. Pour expliquer ce constat, ils ont suggéré que l'expansion de l'univers s'accélère en fait, ou en accélérant. C'était déroutant, car la gravité inhérente à la matière noire aurait dû être suffisamment forte pour empêcher une telle expansion. Était-ce un autre matériau, quelque chose avec un effet antigravité, provoquant l'expansion rapide de l'univers? Les astronomes le croyaient, et ils ont appelé ce matériau énergie noire .
Pendant une décennie, les cosmologues et les physiciens théoriciens ont débattu de l'existence de la matière noire et de l'énergie noire. Puis, en juin 2001, La NASA a lancé le Sonde d'anisotropie micro-ondes Wilkinson , ou WMAP . Les instruments de cet engin ont pris la photo la plus détaillée jamais réalisée du fond diffus cosmologique – le rayonnement persistant laissé par le Big Bang. Cela a permis aux astronomes de mesurer, avec une grande précision, la densité et la composition de l'univers. Voici ce que WMAP a déterminé :la matière baryonique représente un dérisoire 4,6 pour cent de l'univers. La matière noire ne représente que 23 pour cent. Et l'énergie noire fait le reste -- un énorme 72 % [source :NASA/WMAP] !
Bien sûr, mesurer les proportions relatives des éléments constitutifs de l'univers n'est qu'un début. Maintenant, les scientifiques espèrent identifier des candidats probables pour la matière noire. Ils considèrent les naines brunes comme un candidat plausible. Ces objets ressemblant à des étoiles ne sont pas lumineux, mais leur gravité intense, qui affecte les objets proches, fournit des indices sur leur existence et leur emplacement. Les trous noirs supermassifs pourraient également expliquer la matière noire de l'univers. Les astronomes spéculent que ces gouffres cosmiques peuvent alimenter à distance quasars et peut être beaucoup plus abondant que jamais imaginé. Finalement, la matière noire pourrait consister en un type de particule non encore décrit. Ces minuscules morceaux de matière pourraient exister quelque part au fond d'un atome et pourraient être identifiés dans l'un des super-collisionneurs du monde, comme le Grand collisionneur de hadrons.
Résoudre ce mystère reste l'une des plus hautes priorités de la science. Jusqu'à ce que cette solution arrive, nous devons vivre avec l'idée humiliante que la maison que nous essayons de peser depuis des années est plus lourde que prévu et, plus troublant, au-delà de notre compréhension.
