L'univers est composé d'au moins deux types de matière. Il y a principalement le matériel que nous pouvons détecter, que les astronomes appellent la matière "baryonique". Elle est considérée comme une matière «ordinaire» car elle est constituée de protons et de neutrons, qui peuvent être mesurés. La matière baryonique comprend les étoiles et les galaxies, ainsi que tous les objets qu'elles contiennent.
Il y a aussi des "trucs" dans l'univers qui ne peuvent pas être détectés par des moyens d'observation normaux. Pourtant, il existe parce que les astronomes peuvent mesurer son effet gravitationnel sur la matière baryonique. Les astronomes appellent ce matériau «matière noire» car, eh bien, il fait noir. Il ne réfléchit ni n'émet de lumière. Cette mystérieuse forme de matière présente des défis majeurs pour comprendre un grand nombre de choses sur l'univers, remontant au tout début, il y a environ 13,7 milliards d'années.
La découverte de la matière noire
Il y a des décennies, les astronomes ont découvert qu'il n'y avait pas assez de masse dans l'univers pour expliquer des choses comme la rotation des étoiles
galaxies et les mouvements d'amas d'étoiles. La masse affecte le mouvement d'un objet dans l'espace, qu'il s'agisse d'une galaxie, d'une étoile ou d'une planète. À en juger par la façon dont certaines galaxies tournaient, par exemple, il semblait qu'il y avait plus de masse quelque part. Il n'était pas détecté. Il manquait en quelque sorte à l'inventaire de masse qu'ils ont assemblé à l'aide d'étoiles et de nébuleuses pour attribuer à une galaxie une masse donnée. Dr. Vera Rubin et son équipe observaient des galaxies lorsqu'ils ont remarqué pour la première fois une différence entre les taux de rotation attendus (basés sur les masses estimées de ces galaxies) et les taux réels qu'ils ont observés.Les chercheurs ont commencé à creuser plus profondément pour déterminer où était passée toute la masse manquante. Ils ont considéré que peut-être notre compréhension de la physique, c'est-à-dire relativité générale, était défectueux, mais trop de choses ne concordaient pas. Alors, ils ont décidé que peut-être la masse était toujours là, mais tout simplement pas visible.
Bien qu'il soit encore possible que nous manquions quelque chose de fondamental dans nos théories de la gravité, la deuxième option a été plus acceptable pour les physiciens. De cette révélation est née l'idée de matière noire. Il existe des preuves observationnelles pour cela autour des galaxies, et les théories et les modèles indiquent l'implication de la matière noire au début de la formation de l'univers. Ainsi, les astronomes et les cosmologistes savent que c'est là-bas, mais n'ont pas encore compris ce que c'est encore.
Cold Dark Matter (CDM)
Alors, quelle pourrait être la matière noire? Pour l'instant, il n'y a que des théories et des modèles. Ils peuvent en fait être répartis en trois groupes généraux: la matière noire chaude (HDM), la matière noire chaude (WDM) et la matière noire froide (CDM).
Des trois, le MDP a longtemps été le principal candidat pour ce qu'est cette masse manquante dans l'univers. Certains chercheurs préfèrent toujours une théorie de combinaison, où les aspects des trois types de matière noire existent ensemble pour constituer la masse totale manquante.
Le MDP est une sorte de matière noire qui, si elle existe, se déplace lentement par rapport à la vitesse de la lumière. On pense qu'il est présent dans l'univers depuis le tout début et a très probablement influencé la croissance et l'évolution des galaxies. ainsi que la formation des premières étoiles. Les astronomes et les physiciens pensent qu'il s'agit très probablement d'une particule exotique qui n'a pas encore été détectée. Il a très probablement des propriétés très spécifiques:
Il devrait manquer d'interaction avec la force électromagnétique. C'est assez évident car la matière noire est sombre. Par conséquent, il n'interagit pas avec, ne réfléchit pas ou ne rayonne aucun type d'énergie dans le spectre électromagnétique.
Cependant, toute particule candidate qui constitue la matière noire froide devrait tenir compte du fait qu'elle doit interagir avec un champ gravitationnel. Pour preuve, les astronomes ont remarqué que les accumulations de matière noire dans les amas de galaxies exercent une influence gravitationnelle sur la lumière des objets plus éloignés qui passent par là. Ce soi-disant "effet de lentille gravitationnelle" a été observée à plusieurs reprises.
Objets candidats Cold Dark Matter
Bien qu'aucune matière connue ne remplisse tous les critères de la matière sombre et froide, au moins trois théories ont été avancées pour expliquer le MDP (si elles existent).
- Particules massives à interaction faible: Aussi connu sous le nom WIMPs, ces particules, par définition, répondent à tous les besoins du MDP. Cependant, aucune particule de ce type n'a jamais été trouvée. Les WIMP sont devenus le terme fourre-tout pour tous les candidats à la matière noire froide, quelle que soit la raison pour laquelle on pense que la particule apparaît.
- Axions: Ces particules possèdent (au moins marginalement) les propriétés nécessaires de la matière noire, mais pour diverses raisons ne sont probablement pas la réponse à la question de la matière noire froide.
- MACHO: Ceci est un acronyme pour Objets Halo compacts massifs, qui sont des objets comme trous noirs, ancien étoiles à neutrons, naines brunes et objets planétaires. Ce sont tous non lumineux et massifs. Mais, en raison de leurs grandes tailles, à la fois en termes de volume et de masse, ils seraient relativement faciles à détecter en surveillant les interactions gravitationnelles localisées. Il y a des problèmes avec l'hypothèse MACHO. Le mouvement observé des galaxies, par exemple, est uniforme d'une manière qui serait difficile à expliquer si MACHO a fourni la masse manquante. De plus, les amas d'étoiles nécessiteraient une distribution très uniforme de ces objets à l'intérieur de leurs limites. Cela semble très improbable. En outre, le nombre de MACHO qui devrait être assez important pour expliquer la masse manquante.
Pour l'instant, le mystère de la matière noire n'a pas encore de solution évidente. Les astronomes continuent de concevoir des expériences pour rechercher ces particules insaisissables. Quand ils découvriront ce qu'ils sont et comment ils sont distribués dans l'univers, ils auront ouvert un autre chapitre dans notre compréhension du cosmos.