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 ».

La matière noire aurait pourtant une abondance au moins cinq fois plus importante que la matière baryonique, pour constituer environ 27 %1 de la densité d'énergie totale de l'Univers observable2, selon les modèles de formation et d'évolution des galaxies, ainsi que les modèles cosmologiques.Premiers indices[modifier | modifier le code]

En 1933, l'astronome suisse Fritz Zwicky étudie un petit groupe de sept galaxies dans l'amas de la Chevelure de Bérénice. Son objectif est de calculer la masse totale de cet amas en étudiant la vitesse (ou plutôt la dispersion des vitesses) de ces sept galaxies. Il déduit ainsi — à l'aide des lois de Newton — la « masse dynamique » et la compare à la « masse lumineuse », déduite de la quantité de lumière émise par l'amas (en faisant l'hypothèse d'une distribution raisonnable des populations d'étoiles dans les galaxies).

La dispersion des vitesses (ou autrement dit, comment les vitesses de ces sept galaxies diffèrent les unes des autres) est directement liée à la masse présente dans l'amas par une formule semblable à la troisième loi de Kepler. En fait, un amas d'étoiles peut être comparé à un gaz, dont les particules seraient des étoiles. Si le gaz est chaud, la dispersion des vitesses des particules est élevée. Dans le cas extrême, les particules ayant une vitesse suffisante s'échappent de la masse gazeuse. Si le gaz est froid, la dispersion des vitesses est faible.

Zwicky constate que les vitesses observées dans l'amas de Coma sont très élevées. La masse dynamique est en effet 400 fois plus grande que la masse lumineuse. À l'époque, les méthodes et la précision des mesures ne sont pas assez bonnes pour exclure des erreurs de mesure. De plus, des objets massifs tels que les naines brunes, les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs, tous des objets très peu rayonnants, sont inconnus ou mal connus, tout comme leur distribution. De même pour la poussière interstellaire et le gaz moléculaire.

Zwicky fait part de ses observations à ses confrères, mais ceux-ci ne s'y intéressent pas. De fait Zwicky n'a pas très bonne réputation à cause de son fort caractère et, d'autre part, ses mesures sont critiquables en raison des grandes incertitudes de mesure.

Sinclair Smith observe ce même phénomène en 1936 lors du calcul de la masse dynamique totale de l'amas de la Vierge. Celle-ci est 200 fois plus importante que l'estimation donnée par Edwin Hubble,

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