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Les secrets de la matière noire

Ce dossier présente les différents indices qui mènent à l'hypothèse de la matière noire, ainsi que plusieurs propositions qui ont été faites pour tenter d'élucider sa nature.

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Richard Taillet Enseignant Chercheur Physique

La matière noire est un concept très important en cosmologie et en astrophysique moderne. Ce dossier va présenter l'ensemble des problèmes que l'on regroupe sous le nom de matière noire. 

Tout d'abord, dans un certain nombre d'objets astrophysiques, les mouvements observés sont différents de ceux auxquels on s'attend en théorie, quand on essaie de les déduire de l'action gravitationnelle des masses observées, tout se passe comme si une densité de masse invisible était présente.

Ensuite, le modèle standard de formation des grandes structures dans l'univers, qui explique d'une part comment les galaxies et les amas de galaxies se forment, et d'autre part les propriétés du rayonnement de fond cosmologique, ne permet de rendre compte des observations qu'à condition que l'univers contienne une grande quantité de masse sous une forme différente de la matière ordinaire.

Enfin, la cosmologie en général livre des informations cruciales sur le contenu de l'univers, que ce soit par l'étude de sa géométrie ou par celle de son histoire. Les résultats indiquent clairement que l'univers contient plus de matière que celle que l'on voit.

 

La matière noire existe-t-elle ? © Sloan Digital Sky Survey Team, Nasa, NSF, DOE
La matière noire existe-t-elle ? © Sloan Digital Sky Survey Team, Nasa, NSF, DOE

Plusieurs questions se posent alors : « cette matière noire existe-t-elle vraiment ? Si oui c'est quoi ? Si non d'où viennent les problèmes que nous venons de mentionner ? »

Il serait satisfaisant de résoudre ces trois problèmes en même temps, et l'utilisation d'un vocable commun matière noire a au moins le mérite psychologique d'entretenir cet espoir, mais il faut avouer que ce but n'est pas encore atteint. Ceci n'est d'ailleurs pas un pur constat d'échec, car l'existence de ces problèmes de matière noire a motivé un grand nombre de recherches qui ont abouti à des découvertes importantes en astrophysique et cosmologie.

Nous allons dans ce dossier commencer par présenter les différents indices qui mènent à l'hypothèse de la matière noire. Ensuite nous présenterons plusieurs propositions qui ont été faites pour tenter de répondre à la question « de quoi est faite cette matière noire ? ». Enfin, nous discuterons quelques-unes des nombreuses expériences qui pourraient apporter des éléments de réponse à cette question.

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