Matière noire et énergie noire

On est toujours intrigués et fascinés à la fois par la matière noire et l'énergie noire, ces deux composantes mystérieuses de l'Univers . On sait qu'elles existent et qu'elles se manifestent partout dans l'Univers.

On ne voit pas la matière noire, mais on sait qu'elle est à l'intérieur des galaxies et qu'elle entoure aussi chaque galaxie.

 

La matière noire est à l'intérieur des galaxies

Donnons un exemple:

Une galaxie spirale est un ensemble de quelques centaines de milliards d'étoiles rassemblées en spirales dans un disque avec un renflement central sphérique lumineux appelé bulbe (notre Voie Lactée est une galaxie spirale barrée, le bulbe étant traversé par une barre d'étoiles,voir "les galaxies" du 18/02/2018).

Voici deux graphiques représentant la vitesse de rotation d'une étoile en fonction de sa distance au centre du bulbe. On a remarqué que l'étoile tourne à une vitesse non pas décroissante selon les lois de Képler (courbe A), mais à une vitesse constante (courbe B ). C'est la matière noire qui maintient cette vitesse  constante. L'étoile est comme dans un cocon de matière noire.

 

 

La matière noire entoure chaque galaxie

Chaque galaxie est aussi dans un cocon de matière noire. C'est un halo qui enveloppe la galaxie et la maintient par la gravitation.

On a observé (photo ci-dessus) avec le télescope spatial Hubble et le VLT(l'ensemble de télescopes de l'ESO au Chili) un halo de matière noire enveloppant quatre galaxies de l'amas de galaxies Abell 3827. Chance inespérée: ces observations ont été faites précisément au moment où ces galaxies sont sur le point de fusionner.

On voit aussi un grand arc bleuté entourant les galaxies, c'est l'image d'une galaxie lointaine. Cette image est donnée par la matière noire fonctionnant comme une lentille, une lentille gravitationnelle.

 L'énergie noire

L'Univers est en expansion
Au début du Big Bang l'Univers gonfle, gonfle comme un ballon, indéfiniment. La vitesse de fuite v d'une galaxie est donnée par la loi de Hubble: v = H₀ d , H₀ étant la constante de Hubble et d la distance de la galaxie à la nôtre (la Voie Lactée). Cette fuite se traduit par un redshift, décalage vers le rouge du spectre d'une étoile qui s'éloigne (voir mon article"redshift et blueshift" du 09/01/2017)

L'énergie noire accélère l'expansion

 En 1998 deux équipes, l'une de Saul Perlmutter (États Unis), l'autre de Brian Schmidt (Australie) et Adam Riess (États Unis), de manière indépendante, annoncèrent que l'expansion de l'Univers était en pleine accélération, en s'appuyant sur l'observation de supernovae (explosions d'étoiles en fin de vie). Ces supernovae se révélèrent moins lumineuses et plus éloignées que ce que l'on pouvait déduire de la loi de Hubble. Ces résultats furent confirmés par la suite et les deux équipes eurent le prix Nobel de Physique en 2011.

Alors que la matière noire exerce une force d'attraction, la gravitation, l'énergie noire au contraire est une force répulsive entre les galaxies qui surmonterait l'attraction de la gravitation et expliquerait que l'expansion de l'Univers s'accélère.

L'énergie noire est la composante la plus importante de l'Univers

Pourcentages déduits des observations du satellite Planck, l'énergie noire (appelée aussi énergie sombre) est la composante principale de l'Univers.

Origines de la matière noire et de l'énergie noire

De quoi est faite la matière noire? C'est un grand mystère. Il y a deux sortes de matière noire:

• La matière noire baryonique composée, comme la matière ordinaire, de particules élémentaires appelées baryons: les protons et les neutrons.
• La matière noire non baryonique ou exotique composée de particules hypothétiques : neutralino, WIMP (weakly interacting massive particle),  MACHO (massive astronomical compact halo object), Axion, boson de Higgs peut-être??

Certains cosmologistes pensent qu'il y aurait eu une succession d'univers qui constitueraient ce qu'on appelle le multivers dont notre Univers (avec un U majuscule) ferait partie. La matière noire et l'énergie noire de notre Univers proviendraient de l'un de ces univers, comme l'origine du Big Bang (voir mon article "Avant le Big Bang"du 22/12/2017). 

Nombreux sont ceux qui pensent que les origines sont divines. C'est Dieu qui a créé l'Univers avec de la matière noire et de l'énergie noire pour parfaire ce monde merveilleux dans lequel nous vivons et que nous devons ménager!.....