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Qu’est-ce que la matière noire ?

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La matière noire est l'une des grandes énigmes de l'astrophysique. Si les particules qui la constituent existent bien, elles devraient nous permettre de comprendre l'origine des galaxies. Mais leur nature reste un mystère. Stefano Panebianco, ingénieur de recherche au CEA, nous explique cette question très ouverte.

Stefano Panebianco, ingénieur de recherche au CEA, nous parle de l'énigme de la matière noire, que certains préfèrent appeler la matière sombre puisque c'est la traduction la plus correcte de l'expression anglaise dark matter.

La théorie de la nucléosynthèse primordiale nous enseigne qu'il existe dans l'univers observable une certaine quantité de matière baryonique, celle que nous connaissons autour de nous. Elle est très majoritairement constituée d'atomes et de noyaux d'hydrogène et d'hélium. Or, comme l'a démontré pour la première fois l'astrophysicienne Vera Rubin, les étoiles tournent trop vite autour du centre des galaxies. Tout se passe comme si les forces de gravitation responsables de leur mouvement provenaient de distributions de matière plus importantes que celle que l'on voit. Cette matière visible est celle des étoiles, à laquelle on sait ajouter une part non lumineuse, dont la quantité a été évaluée en se basant sur la théorie de la nucléosynthèse.

Des particules décrites par une nouvelle physique

Certains se refusent à modifier les lois de la gravitation et de la mécanique newtonienne, comme les partisans de la théorie Mond. L'alternative est de postuler l'existence d'une nouvelle forme de matière qui n'émet pas de rayonnement, une matière noire donc.

Parmi les très nombreuses théories proposées, la plus étudiée et la plus souvent utilisée par les cosmologistes et les astrophysiciens est celle de la supersymétrie. Elle requiert l'existence de nouvelles particules : les partenaires supersymétriques des particules du modèle standard. Les physiciens cherchent à les fabriquer dans des accélérateurs comme le LHC ou encore à les observer indirectement dans le cosmos avec des satellites comme Fermi ou des expériences comme AMS. Des tentatives de détection directe ont également lieu au sol avec des expériences comme Xénon. Toutes ces recherches sont pour le moment sans succès.

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