La matière

Le nombre total d’étoiles dans l’univers nous donne le tournis : chaque galaxie contient cent milliards de soleils, et il existe cent milliards de galaxies dans l’univers observable, ce qui donne dix mille milliards de milliards d’étoiles. Et pourtant la Matière lumineuse (celle qui nous est visible, et dont la lumière vient de la fusion nucléaire au coeur des étoiles) ne représente qu’une infime fraction (0,5%) du contenu total de l’univers ! Les astrophysiciens se sont aperçus que nous vivons dans un univers-iceberg dont la quasi-totalité du contenu nous échappe encore. En effet, une grande partie de la matière de l’univers n’émet aucune lumière visible. La présence de cette matière « noire » a été révélée par l’observation des mouvements des étoiles et du gaz dans les galaxies, et ceux des galaxies dans leurs amas. Leurs mouvements sont trop grands pour que la seule gravité de la matière lumineuse puisse les retenir dans leur environnement. En d’autres termes, avec seulement la matière lumineuse, les galaxies et amas de galaxies devraient se désagréger. Or tel n’est pas le cas. Pour que les galaxies puissent retenir leurs étoiles et leurs amas d’étoiles, il est indispensable que les galaxies et amas de galaxies contiennent de la matière noire qui n’émet aucun rayonnement visible et qui se manifeste seulement par la gravité qu’elle exerce. Les astrophysiciens ont pu déterminer que la masse noire est quelque 63 fois plus grande que la masse de la matière lumineuse. Autrement dit, la matière noire constitue presque un tiers (31,5%) du contenu de l’univers. Le renard ne croyait pas si bien dire quand il déclarait au Petit Prince de Saint-Exupéry : « L’essentiel est invisible pour les yeux. »

La matière noire est omniprésente. Elle envahit toutes les structures connues de l’univers, des chétives galaxies naines jusqu’aux super-amas les plus gigantesques. (…) la nature de la plus grande partie de la matière noire reste enveloppée de mystère et demeure un défi pour l’esprit humain. Quelle est la nature de cette matière noire ? De ces 31,5%, les astronomes pensent que :

• seulement 4,5% sont faits de manière « ordinaire », c’est-à-dire qu’elle est composée de protons, de neutrons et d’électrons comme les livres, les coquelicots des champs et nous. Cette matière noire ordinaire réside très probablement dans des nuages d’hydrogène froid éparpillés dans l’espace intergalactique ou sous forme d’hydrogène chaud dans les amas de galaxies.
• Les 27 restants sont constitués non pas de matière noire ordinaire mais d’une mystérieuses matière noire « exotique » dont la nature nous reste inconnue : privés de lumière, nous sommes littéralement dans le noir ! Les physiciens pensent que cette matière noire exotique est constituée de particules très massives et interagissant très faiblement avec la matière, nées dans les premières fractions de seconde après le big bang. Elles portent des noms plus poétiques les unes que des autres : photino, neutralino ou encore higgsino. (…)

Avec le recensement de la matière lumineuse et de la matière noire nous avons pu rendre compte de 32% (0,5% et 31,5%) du contenu de l’univers. Mais où sont donc passés les 68% qui restent ? (…) une découverte qui bouleversa l’astronomie : l’expansion de l’univers, au lieu de décélérer comme on l’a communément pensé, était au contraire en accélération ! (…) Si l’univers ne contient que de la matière, qu’elle soit lumineuse ou non, ordinaire ou exotique, son mouvement d’expansion devrait nécessairement décélérer parce que la matière exerce une forte gravité attractive qui freine. Le fait que l’expansion accélère veut dire qu’il existe dans l’univers « quelque chose » d’autre, qui exerce une force anti-gravité et qui est non pas attractive mais répulsive. Cette force répulsive fait que l’univers va continuer à se diluer et à se refroidir au cours d’une expansion éternelle. (…) les astrophysiciens la nomment « énergie noire »

(…) nous ne connaissons que 5% de son contenu :

• 0,5% de matière lumineuse
• et 4,5% de matière noire ordinaire.

La plus grande partie de l’univers reste enveloppée d’un mystère totale, 95% dont :

• 27% de matière noire exotique
• et 68% d’énergie noire.

Face à l’univers
Trinh Xuan Thuan