Cosmologie

- Rayonnnement fossile
- Loi de Hubble
- Modèles de Friedmann-Lemaître
- Matière noire
- Energie sombre

- Symétries
- Supersymétrie
- Supergravité
- Conpactification
- Théorie des cordes
- Théorie M

Matière noire

Masse manquante

En comparant l'expansion de l'univers à sa masse, on sait aperçu qu'il était beaucoup trop léger. En effet, on estime détecter que 10% de la masse totale de l'univers. Il doit donc exister une matière que l'on ne peut observer directement. C'est la matière noire (ou matière sombre), dark matter en anglais. La nature de cette matière noire est très peu connue.

Bien qu'elle n'émet pas de lumière, la matière noire a été repérée à partir des perturbations gravitationnellesGravitation
Force élémentaire d'attraction des corps proportionnelle à leurs masses qui décroît avec le carré de la distance. qu'elle fait subir à la matière classique, lumineuse. En effet, pour estimer la masse d'une galaxieGalaxie
Groupe d'étoiles et de nuages de poussières et de gaz en rotation. par exemple, on peut déterminer la masse dynamique qui traduit les effets gravitationnels sur ses voisins, ou la masse lumineuse qui provient de la relation entre la masse et l'intensité lumineuse des étoiles. Cependant, on observe systématiquement un rapport de 10 à 100 entre la première et la seconde méthode. On a également remarqué que cet écart augmente en s'éloignant du centre des galaxies. La matière noire serait donc répartie différemment de la matière lumineuse.

Dans les galaxies

Dans une galaxie ordinaire, la luminosité décroît de façon exponentielleExponentielle
Echelle non linéaire à forte pente. avec la distance au centre du disque galactique. De plus la densité des étoilesEtoile
Boule de gaz en fusion qui émet de la lumière. diminue de la même manière. Grâce à l'effet DopplerDoppler (effet)
Phénomène de modification de la longueur d'onde d'un objet en mouvement., on peut mesurer la vitesse de rotation des étoiles dans une galaxie.

Si la lumière traduisait bien la répartition de la masse, la vitesse de rotation devrait décroître assez rapidement en s'éloignant du centre (comme la vitesse du disque galactique (disk) sur ce schéma) (décroissance klépérienne). Mais ce n'est pas le cas (courbe total). La vitesse reste stable, ce qui indique la présence de beaucoup de matière dans des régions peu lumineuses. Bien sur, des nuages de gaz diffus sont également en rotation (courbe gas) mais leurs masse ne permet pas de compenser la décroissante klépérienne.

La vitesse totale s'explique en tenant compte d'un halo de matière noire, sombre et massif qui s'étend sur des centaines de kiloparsecs (kpc) autour de la galaxie.

Dans les amas galactiques

Environ 30% des galaxies se regroupent en amasAmas
Groupe d'objets similaires (galaxies, étoiles ...). qui comptent entre un dizaine et un milliers de membres dans un rayon de quelques mégaparsecs (Mpc). On a observé dans les années 1970 que l'essentiel d'un amas était de la matière non lumineuse. En plus de la vitesse radiale d'éloignement due à l'effet Doppler, on mesure la vitesse particulière de chaque galaxie au sein de l'amas. Cette vitesse résulte de l'attraction gravitationnelle des autres membres de l'amas. On peut alors en déduire la masse totale de l'amas.

On s'est aperçu que cette masse était 10 à 100 fois plus importante que la somme des masses individuelles des galaxies. Il existe donc de la matière noire entre les galaxies des amas.

Matière noire baryonique

La nature de la matière noire n'est pas connue. On pense qu'il s'agit de matière ordinaire (matière baryonique, faite de baryonsBaryon
Ensemble de 3 quarks.) ou bien d'une matière encore inconnue (matière exotique). Dans le cas de la matière matière baryonique, la masse manquante serait constituée d'étoiles très peu lumineuses. Parmi elles, on pense aux naines rouges, peu massives, donc froides et peu lumineuses. Seules les naines rouges proches du système solaire ont été détectées. Il s'avère que près de 50% des étoiles les plus proches du Soleil sont effectivement des naines rouges. Leur grand nombre et leur faible luminosité pourrait augmenter la masse d'une galaxie sans en modifier la luminosité totale.

Les naines brunes sont d'autres candidates. Il s'agit d'étoiles très peu massive (quelques masses de Jupiter) qui ne se sont pas assez comprimées pour initier les réactions thermonucléaires. Ce sont en quelque sorte des étoiles ratées. On les distingue des planètes par leur mode de formation : elles naissent de l'effondrement d'un nuage gazeux et non de l'accrétionAccrétion
Phénomène d'agglomération de poussières et de gaz lors de la formation des planètes, des satellites ... de poussière comme les planètes.

Matière noire exotique

Les planètes et les naines (matière sombre baryonique) ne suffisent pas expliquer la totalité de la masse manquante. On a donc pensé à une autre matière dite matière exotique, près de 5 fois plus lourde que la matière ordinaire. Le satelliteSatellite
Corps en orbite autour d'une planète. WMAP a confirmé ces hypothèses en 2003. Premier candidat pour la matière exotique : le neutrinoNeutrino
Particule neutre insensible à l'interaction force.. C'est une particules qui n'interagie presque pas avec la matière ordinaire ce qui explique qu'on ne le détecte que très difficilement. On a longtemps pensé que le neutrino était dépourvu de masse mais il est finalement possible qu'il présente une masse très faible mais non nulle. La grande abondance des neutrinos dans l'univers (100 particules par centimètre cube) pourrait expliquer la matière noire.

Les wimps sont d'autres candidats. Il s'agit de particules supersymétriquesSupersymétrie
Théorie associant un partenaire à chaque particule. (photinos, sélectrons ...), particules massives à faible interaction (Weakly Interacting Massive Particle ou wimp). Elles subirait donc l'attraction gravitationnelleAttraction gravitationnelle
Force élémentaire d'attraction des corps proportionnelle à leurs masses qui décroît avec le carré de la distance. et constitueraient les halos galactiques. Pour l'instant, aucune de ces particules n'a été détectée.

Haut de page
Accueil | Plan du site
Prochain article : Energie sombre

Février 2010