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Accueil du site > Actualités > Technologies > La matière noire cartographiée !

La matière noire cartographiée !

Dans le journal Nature de la semaine dernière, des chercheurs ont annoncé avoir cartographié la matière noire d’un amas de galaxies. La matière noire, c’est la tarte à la crème de la physique moderne : tout le monde l’étudie sans avoir la moindre idée de sa nature. Tout comme l’éther au début du siècle dernier, une telle énigme est pleine de promesses pour les physiciens. La matière noire sera probablement un jour à l’origine d’une révolution scientifique comparable à la théorie de la relativité d’Einstein, soit par la découverte de ce qu’elle est, soit par la formulation d’une théorie plus générale qui explique les observations sans elle. Je vais essayer d’expliquer un peu ce que l’on entend par ces termes, puis je parlerai de l’article en lui-même.

La première observation astrophysique « bizarre » a été la distribution des vitesses des galaxies au sein des amas galactiques, beaucoup trop regroupée par rapport à la masse estimée de l’amas. Il y a eu, ensuite, l’impossibilité de faire coïncider la masse d’une galaxie estimée à partir de ses effets gravitationnels, et celle estimée à partir de sa luminosité : la deuxième est plusieurs dizaines ou centaines de fois trop faible.

Mais l’observation la plus choquante, car la plus précise, est venue de la distribution des vitesses des étoiles au sein d’une galaxie. D’après une des lois de Kepler, cette vitesse devrait décroître avec la distance au centre - elle s’avère, en fait, constante. Tout se passe comme si un halo de matière invisible s’étendait sur le pourtour de la galaxie, halo qui représenterait 90% de la masse de la galaxie !

D’un point de vue phénoménologique, la façon la plus simple de décrire ces différents phénomènes est une matière d’un genre inconnu, qui n’interagit pas avec les photons (la force électromagnétique), mais qui est soumise à la gravitation. Cette hypothèse est cohérente avec les différents points énoncés plus haut, avec son invisibilité, et résout même quelques autres problèmes. Par exemple, elle permet d’expliquer comment les infimes variations de densité de la soupe primordiale, après le Big Bang, ont pu évoluer si vite en galaxie et en amas : la matière noire aurait été là pour accélérer le processus.

Elle n’a que deux défauts, et pas des moindres. Le premier est, par définition, que personne n’a jamais vu un grain de matière noire. Personne n’a même jamais vu de trace de chocs avec la matière noire dans les accélérateurs de particules. Le deuxième est que la matière noire n’a aucune place dans le « Modèle Standard », la vision relativement claire que l’on a de la physique.

La page Wikipédia présente bien les approches correspondant à ces deux problèmes. La première famille d’explications correspond à des particules, soit des objets connus (nuages de gaz, neutrinos, trous noirs) mais pas encore détectés, soit des particules inconnues, de masse non nulle, n’interagissant pas avec les photons. La deuxième famille regroupe des théories alternatives au duo formé par Newton et Einstein, pour expliquer les effets observés sans avoir besoin d’invoquer de la matière invisible. L’état de l’art est le suivant : les programmes d’observation semblent prouver que les objets connus ne sont pas responsables, et les théories alternatives peinent à former un consensus (la théorie des cordes aurait même tendance à faire consensus contre elle).

L’article de Nature, donc, est la traque la plus large et la plus détaillée, à partir des clichés du télescope Hubble, de cette matière noire[1]. Les chercheurs (pas mal de Français dans le lot, au passage) ont cherché les lentilles gravitationnelles[2] dans une petite portion de l’espace (un degré d’angle dans chaque dimension transversale et une faible profondeur), car cet effet donne accès à la densité massique et est indépendant des hypothèses, ce qui est capital quand on ne sait pas ce que l’on cherche.

Après avoir analysé la forme d’un demi-million de galaxies, excusez du peu, ils ont réussi à produire la première carte de la matière noire à l’échelle d’un amas de galaxies, avec une haute précision et une bonne résolution, et, cerise sur le gâteau, à trois instants successifs dans le temps (souvenez-vous que la distance par rapport à la Terre et le temps sont équivalents). Le résultats est splendide : la matière noire forme des zones plus denses, d’abord en forme de filaments, puis en amas, qui attirent encore plus de matière noire et standard, jusqu’à former des galaxies. Cette carte est donc en accord avec les premières idées sur la matière noire que nous avions formulées pour les galaxies, et les étendent à l’échelle des amas.

Ce travail, que l’on devine titanesque, va certainement avoir un rôle pratique capital en astrophysique. Il sera le premier étalon auquel seront mesurées les théories candidates sur la matière noire, et il servira aussi à bâtir des scénarios d’évolution de l’univers. Souhaitons-leur bonne chance...



[1] Les lecteurs attentifs auront compris « matière noire » comme « soit de la matière invisible et inconnue, soit un effet explicable par une théorie pas encore formulée », bien évidemment.

[2] Une lentille gravitationnelle est un effet purement relativiste, dans lequel l’attraction gravitationnelle de la matière courbe la lumière, comme dans une lentille de verre. Il est possible de repérer ces effets, et d’en déduire la masse ayant agi sur la lumière.


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20 réactions à cet article    


  • Le furtif (---.---.7.57) 26 janvier 2007 14:25

    @ l’auteur en le priant de bien vouloir pardonner

    Rien = Zero , mais trois fois rien c’est déjà pas grand chose, ... mais c’est assez loin de presque Rien, qui est bien plus considérable...

    Quand on considère tout ce qui nous manque et que l’on appelle la masse manquante.....

    Tout ce qui manque étant évalué à environ 95% de ce qui est constaté....

    On en arrive à l’équation inconstestable

    • Le grand Tout est sensiblement égal au grand Rien

    Eh !!! On ne râle pas , je suis déjà en Week-end

    Cordialement Le furtif


    • Matthieu 26 janvier 2007 15:56

      @Furtif : précisez votre question. Le scénarion « Big Bang » n’est pas vraiment remis en cause dans cette histoire. Le point qui chiffonne est que les galaxies se sont formées trop vite (13 milliards d’années) par rapport à ce que l’attraction gravitationelle de la matière « standard » seule aurait été capable de faire. là encore il y aurait « besoin » d’une matière supplémentaire.


    • docdory docdory 26 janvier 2007 16:28

      @ l’auteur

      Est-ce que cet article de Nature démolit complètement la théorie MOND et sa version relativiste TeVeS , lesquelles essayent d’expliquer ces problèmes galactiques sans qu’il y ait besoin de la matière noire ? Ou bien celles-ci restent-elles une explication alternative possible aux phénomènes observés ?


      • Matthieu 26 janvier 2007 16:40

        Comme je l’ai ecrit dans la note en bas de page, il ne s’agit que d’une cartographie independante de cet « effet gravitationnel », sans relations d’aucune sorte avec les differentes theories explicatives (matiere ou theorie physique dont vous proposez des exemples).

        Il s’agit des « faits » auxquels devront se confronter les « theories ».


      • L'enfoiré L’enfoiré 26 janvier 2007 17:48

        @L’auteur,

        Merci, pour cet article qui il faut bien le dire fait tache sur cette antenne AV. J’aime la Science. Ma réaction explique mon commentaire. Vulgariser est un art difficile. Même Sciences et Vie qui se donne cet objectif n’y arrive pas toujours. J’aime notre canadien Hubert Reeves. Carl Sagan, dans le passé. Tous ceux qui savent dire les choses de la haute avec les mots du bas. Bon essai. smiley


        • gem gem 26 janvier 2007 19:28

          bon article, avec un bon esprit : ni dogmatiquement affirmatif, ni perclus de doute et de relativisme. L’effort est d’autant plus méritoire que wikipedia n’a pas cette qualité, et que de même j’ai entendu à la radio une tentative de vulgarisation qui faisait bien trop de place aux théories, au lieu d’insister sur l’essentiel : comme vous le dites bien, « Il s’agit des »faits« auxquels devront se confronter les »theories« . »

          et puis c’est vrai que c’ets le genre d’article excessivement nécessaire ici, vu la sur-représentation de considérations politiques inintéressantes.


          • Swl (---.---.157.209) 26 janvier 2007 20:33

            @ Le furtif : reconnaissez quand même que cartographier le « grand Tout » ça n’est pas « Rien ».....quoique.....


            • André (---.---.95.122) 28 janvier 2007 12:14

              Très bon article, clair et bien présenté.

              Tout ce qui fait l’essentiel de la cosmologie est théorique à commencer par le big-ban, tout est basé sur le généralement admis et le scientifiquement correct ; ce qui n’est pas étonnant dans notre modèle de société bâtie sur la notion de majorité.

              Personnellement, je penche plus pour un univers gémellaire, qui a le mérite de se dispenser de tous les artifices - matière noire, énergie noire, cordes, super-cordes etc. « inventés » par les cosmologues - pour exister.


              • Matthieu 28 janvier 2007 16:17

                vous avez raison - l’hypothèse d’un univers géméllaire est beaucoup plus raisonnable et économique. Il ne recquiert qu’un seul « artifice » : un autre univers. Si peu. A moins que vous vouliez développer ?


              • (---.---.46.229) 28 janvier 2007 20:39

                @Matthieu

                Je serais bien en peine de développer, n’étant pas un spécialiste du sujet.

                Les travaux de J.P. Petit sur le sujet m’ont impressionnés, et dégagent une logique implacable. Hélas l’homme a mauvaise image auprès de nombreux scientifiques, ce qui fait que sa théorie au lieu d’être examinée et vérifiée est irrémédiablement rejetée.

                Quant à votre réflexion sur « l’artifice », il en est de même pour la matière noire, l’énergie noire etc. Du coté de l’univers jumeau un seul artifice, de l’autre un nombre d’artifice qui augmente régulièrement...


              • Tom (---.---.105.131) 14 février 2007 14:02

                Pour avoir suivi (un peu) les débats concernant Jean-Pierre Petit, mon impression est que ses travaux sont rejetés par la communauté scientifique effectivement, mais qu’ils ne le sont pas sans raisons. Dans une page de discussion sur les univers gemellaire sur wikipedia, ou un sujet connexe, il y a un débat à contenu scientifique, et les écrits de Jean-Pierre Petit sont fortement mis en cause comme incorrects au niveau mathématique, bien qu’il prétende utiliser des concepts mathématiques peu complexes à la base, et y sont soulignés son manque de maîtrise des probématiques posées par des théories plus établies.

                Cf débats avec Alain_R sur les pages concernant Jean-Pierre Petit et ses théories sur wp, si elles n’ont pas été supprimées.

                Mon impression est qu’il semble rechercher la notoriété qu’il n’a pas avec la communauté scientifique ailleurs en se faisant passer pour une victime auprès de personnes qui n’ont pas le niveau pour juger de la crédibilité de ses travaux.


              • Gwendal JL (---.---.73.200) 28 janvier 2007 16:36

                En matière d’astronomie, d’infini donc, plus qu’ailleurs étant donné les échelles, on a le choix entre savoir tout sur rien et rien sur tout.

                Bon, tentons une suggestion.

                Vous dites : «  »D’un point de vue phénoménologique, la façon la plus simple de décrire ces différents phénomènes est une matière d’un genre inconnu, qui n’interagit pas avec les photons (la force électromagnétique), mais qui est soumise à la gravitation.«  »

                Qui produirait quelque chose comme un région en continuité avec notre espace (cf. la courbure de Ricci) mais pas notre énergie (cf. la courbure de Weyl), autrement dit, pas notre temps. Les phénomènes électromagnétiques y seraient d’une nature inconnue. Une sorte d’anti-énergie ?


                • pmm (---.---.192.20) 28 janvier 2007 18:23

                  J’ai apprécié l’article : il est pédagogique et bien fondé. Continuez ! Merci


                  • moniroje (---.---.246.3) 30 janvier 2007 15:18

                    Merci pour cet article !!!

                    J’ai lu je ne sais plus où que cette matière noire expliquerait aussi le ralentissement des 2 sondes spatiales qui sont en train de quitter notre système solaire...

                    Vrai que nos connaissances se limitant à 5% de toute la matière de l’univers, ça donne le vertige.

                    Si on ne voit pas la matière noire, peut-être est-ce qu’on ne sait pas la discerner avec l’énergie noire ??? et puisque E=mc au carré, avec une lumière noire ?? qui dépasserait les 300 000 km/s ? et qui la mettrait en évidence par des spectres de lumière noire ?

                    Rêve encore dont je vous fais part : cette matière noire, on la discerne par ses effets gravitationnels comme un être ne pouvant voir que cet effet ? Nous serions faits de n dimensions mais notre cerveau n’en ressentirait que 4 ? De même qu’un chien qui ne voit paraît-il qu’en Noir et Blanc et toutes les nuances de gris, pourrait présumer de l’existence des couleurs en faisant carburer ses neurones ?

                    Ou bien, comme un être voyant dans une direction, par exemple une ombre qui passe devant son paysage et, avec sa tite tête, il en déduit qu’un corps volumineux passant derrière lui est la cause de cette ombre ? Or, que regardons-nous avec la lumière ? notre passé... Si nous pouvions regarder dans l’autre sens, notre futur, nous verrions enfin cette matière noire ?

                    Pardon pour ce délire ; vivrai-je assez longtemps pour connaître la réponse ???


                    • Matthieu 30 janvier 2007 16:51

                      vos reactions sont tres interessantes et pertinentes. On peut effectivement voire une equivalence entre matiere et energie noire, selon la formalisation utilisee. Et, oui aussi, certaines des theories les plus a la mode (cordes, branes, gravitation quantique) postulent un certain nombre d’autres dimensions. je n’entre pas dans les details, je risque de dire des betises, mais vos suggestions ne sont pas denuees de sens.


                    • Matthieu 2 février 2007 15:04

                      ce genre de correction, la loi de Newton n’etant qu’une approximation à courte distance, est effectivement proposé et étudié.


                    • weir (---.---.212.166) 11 février 2007 05:15

                      Bonjour,

                      Escusez moi pour cette question peut-être mal formulée car je ne suis pas un scientifique.

                      Existe-t’il une théorie ou autres qui approche de loin ou de prés le fait que la « matière noire » soit l’unique « matière » responsable de tout ce qui fonde nôtre univers (qu’elle soit la source de tout) ?

                      merci de vos réponse.


                      • weir (---.---.212.166) 11 février 2007 05:19

                        EDIT : Ou qu’elle soit tout simplement la cause d’un déséquilibre dans le « vide » ?


                      • Matthieu (---.---.5.202) 11 février 2007 06:51

                        Difficile de repondre a votre question, c’est un peu vague... Il existe un sujet qui « collerait », j’ai l’impression, avec votre question, c’est la brisure de symetrie entre matière et antimatiere (matière de charge opposée) au debut de l’univers. Il n’y a a priori aucune raison que la matière que nous connaissons ait été favorisée par rapport à son symétrique - des particules massives, en particulier le fameux Boson de Higgs que les physiciens cherchent à mettre en evidence, pourraient etre à l’origine de cette rupture de symetrie. Cela a un lien dans certains interpretations avec la matière noire, mais je m’arrete là, de crainte de dire des bétises.


                      • Jean Vladimir Térémetz (---.---.36.179) 28 mars 2007 18:42

                        La « matière noire » ?! Ce n’est pas bientôt finies ces niaiseries ! Nommons les chose par leur nom, il ne s’agit ni plus ni moins que de l’ÉTHER :

                        www.savoir-ce-qu-est-l-univers-et-ce-que-nous-avons-a-y-faire.net

                        www.savoir-ce-qu-est-la-lumiere.net

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