Matière noire : définition, dangers, tout savoir sur ce grand mystère de l'Univers

MATIERE NOIRE. Composante hypothétique de l'Univers, la matière noire jouerait un rôle central dans le cosmos. Composition, définition et localisation, on vous dit tout sur l'invisible matière noire qui échappe encore aux chercheurs.

Invisible et insaisissable, la matière noire est un des plus grands mystères de l'astronomie moderne. Impliquée dans la formation des galaxies, on suppose qu'elle serait en partie responsable de l'organisation des grandes structures de l'Univers. Son existence est fortement soupçonnée depuis plus de soixante-dix ans et fait l'objet d'une quête acharnée de la part des scientifiques à travers le monde à la fois au sein de laboratoires souterrains mais également à plus de 400 kilomètres au-dessus de nos têtes dans la station spatiale internationale.

Bien qu'elle n'ait jamais été observée directement, cette matière exotique est omniprésente et permet d'expliquer de nombreuses incohérences dans le comportement des galaxies qu'il est impossible d'élucider grâce aux lois de la physique seules. Pourtant, les astronomes peinent à prouver l'existence même de cette forme de matière vraisemblablement composée de particules très différentes de celles qui composent la matière ordinaire que nous connaissons. Quel est le rôle de la matière noire ? Qui l'a découverte et où se trouve-t-elle ? On tente de répondre à toutes ces questions sur cette mystérieuse matière qui nous échappe encore.

Qu'est-ce que la matière noire ?

La matière noire, également appelée "matière sombre" est une matière hypothétique dont les scientifiques soupçonnent la présence dans l'Univers. Elle n'a jamais été directement observée et son existence est seulement déduite du mouvement des étoiles et des galaxies. En effet, ces dernières ont tendance à se déplacer plus rapidement qu'elles le devraient selon les lois de la physique. L'existence de la matière noire explique cette vitesse et le comportement de certains astres qui ont longtemps intrigué les scientifiques.

Quelle est la constitution de la matière noire ?

L'existence de la matière noire n'est aujourd'hui qu'une hypothèse. Connaître sa composition est donc un travail complexe basé sur des suppositions. Aujourd'hui, la théorie la plus aboutie est celle des WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).

Selon cette théorie, la matière noire ne serait pas constituée de matière ordinaire mais de particules de matière inconnue. Il s'agirait de particules très massives qui interagissent faiblement avec la matière ordinaire, c'est-à-dire les protons, les neutrons et les électrons dont nous sommes constitués ainsi que tout ce qui nous entoure. Ces particules sont théoriques et n'ont jamais été observées mais font l'objet de multiples recherches menées par différents pays comme c'est le cas par exemple dans le laboratoire souterrain de Modane en Savoie.

Quel est le rôle de la matière noire ?

La matière noire a joué un rôle structurant dans la création et la mise en place des grandes structures de l'Univers. C'est grâce à elle que les galaxies possèdent les formes qu'on leur connaît. Sans la matière noire, on estime que les étoiles les plus éloignées du centre de certaines galaxies seraient éjectées par la force centrifuge. Il s'agit donc d'une matière qui interagit avec les objets célestes et explique partiellement leurs vitesses et leurs déplacements. Elle joue donc un rôle crucial dans la naissance et l'évolution des galaxies qui se comporteraient très différemment sans elle.

Quels sont les dangers de la matière noire ?

En 2018, l'annonce d'une tempête de matière noire se dirigeant vers le système solaire avait mis le public en alerte sur l'existence de cette matière mystérieuse et invisible. Sa discrétion et la difficulté que les chercheurs éprouvent à la détecter directement font d'elle une entité mystérieuse. Pourtant, elle fait partie de l'Univers et il semblerait que nous soyons en contact avec elle sans même le ressentir. Lorsque la tempête de matière noire a été annoncée en 2018, il a été établi que ce flux de particules ne causerait aucun dommage à la planète Terre.

Où trouver de la matière noire ?

On estime que la matière noire se trouverait répartie dans l'Univers de manière non uniforme. Les auteurs d'une étude publiée dans The Astrophysical Journal ont conclu que la matière noire représente 27 % de l'Univers et 85 % de la matière existante. Contrairement à ce que l'on pourrait penser, la matière noire ne serait pas concentrée au centre des galaxies mais se trouverait sous la forme d'un halo autour de celles-ci.

À la grande surprise de nombreux astronomes qui pensaient que la matière noire était un élément essentiel de toutes les galaxies, certaines d'entre elles ne semblent pas contenir de matière noire. C'est le cas de la galaxie NGC 1052-DF2, située dans la constellation de la Baleine, comme le rapport le magazine National Geographic. Cette découverte remet en question la théorie actuelle sur la formation des galaxies et sur le rôle de la matière noire dans ce processus.

Le corps humain permet-il de détecter la matière noire ?

On n'a pas de certitude quant à la composition de la matière noire mais il est probable qu'elle soit constituée de particules que l'on appelle WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Ces particules n'interagissent pas ou presque avec la matière ordinaire qui nous compose. D'après l'astrophysicienne Françoise Combes, interrogée dans le podcast "300 milliards d'étoiles", il se pourrait que 30 000 particules de matière noire traversent un centimètre carré de notre peau à chaque seconde sans que nous nous en rendions compte.

La matière noire est-elle la clé de l'Univers ?

La matière noire est un élément omniprésent du cosmos qui explique en partie la formation de l'Univers et sa structure telle qu'on la connaît aujourd'hui. Si l'on retire la matière noire des modèles qui tentent de décrire l'Univers, on obtient "un cosmos froid et obscur, autrement dit mort" comme l'explique cet article du CNRS. Si son existence venait à être prouvée, on pourrait considérer qu'il s'agit d'une composante centrale de l'Univers et de son organisation.

Qui a découvert la matière noire ?

L'histoire de la découverte de la matière noire remonte à 1930. À l'époque, c'est l'astronome suisse, Fritz Zwicky, qui constate en calculant la masse d'un amas de galaxies que celle-ci est bien supérieure à ce qu'il observe à l'œil nu. Il imagine alors qu'une matière invisible pourrait exister et par la même occasion expliquer le comportement de certaines galaxies.

Dans les années 1970, l'astronome américaine Vera Rubin fait appel à cette matière exotique pour expliquer le comportement des galaxies qu'elle étudie et dont la physique classique seule ne suffit pas à expliquer la forme. Elle conclut par exemple qu'il existe forcément une matière invisible qui empêche les étoiles les plus externes de la galaxie d'Andromède d'être éjectées par la force centrifuge de cette dernière.

Depuis cette époque, aucune observation directe de la matière noire n'a été réalisée et validée alors que plusieurs laboratoires travaillent sur le sujet à travers le monde. L'existence de la matière noire est fortement pressentie, mais pas encore prouvée. Certains astronomes cherchent même à élaborer des théories alternatives comme la théorie MOND qui consiste à modifier les lois de Newton pour expliquer le comportement des galaxies que l'on n'explique pas avec les lois de la physique actuelles.