Introduction
Monsieur
le professeur Sam Gratt,
enseignant – chercheur au LPP (Laboratoire de Physique des Puces) du CNRS
(Centre National de Recherche Savoyarde) au grand congrès annuel :
" Quand
je dis " saute ", la puce fait un bond. Afin de pallier aux
erreurs statistiques éventuelles, je répète cette expérience un très grand
nombre de fois, j’effectue une moyenne arithmétique ; le résultat est
probant. Cela étant posé, je déplace le problème en lui sectionnant les pattes.
A l’ordre " saute " la puce reste immobile. J’en conclus
donc, mes chers collègues, qu’une puce les pattes coupées devient
sourde. "
Tonnerre
d’applaudissements, la salle se lève et s’en va.
Dans
les années 1920, l’astrophysique fit un énorme bond grâce au génie d’un homme,
Edwin Hubble. Il comprit avant tout le monde que notre Galaxie n’était qu’une
parmi des milliers dans notre Univers. Il s’aperçut de plus, que celles-ci
s’éloignaient les unes par rapport aux autres, et d’autant plus vite que la
distance les séparant était grande. Ces résultats venaient une nouvelle fois
confirmer les prédictions de la relativité générale. Une puce sans pattes ne
PEUT pas sauter. Commença alors un travail de longue haleine :
cartographier ces galaxies. De même que notre système planétaire est un parmi
tant d’autres dans la Voie Lactée, il fut remarqué que les galaxies se
regroupaient en amas. Un mouvement d’ensemble de l’amas est donc accompagné de
mouvements relatifs des galaxies au sein de ce dernier dus à l’attraction
gravitationnelle engendrée par la masse présente dans l’amas.
Dès 1933, de l’observation de ces vitesses relatives
l’astrophysicien suisse Fritz Zwicky en déduit que la masse visible (due aux
étoiles rayonnantes) était insuffisante pour expliquer
les phénomènes observés. Naquit alors l’idée de la masse manquante ou
matière noire. Histoire de puces ? ou
bien…
Débuta
une course poursuite à la recherche de la matière noire. Les vitesses de
rotation des étoiles et des nuages d’hydrogène, de même que pour les amas
n’étaient explicables qu’en supposant la présence de matière noire à
l’intérieur même des galaxies. De plus, en mesurant les irrégularités de la
distribution des galaxies par rapport à une densité uniforme, on conclut que de
la matière sombre devait aussi exister à des échelles bien supérieures à celle
des amas. Ces résultats se virent confirmés par une autre méthode
expérimentale. En effet, les irrégularités de la distribution de cette masse
conduisent à un phénomène bien connu de la relativité générale : la déviation
des rayons lumineux. Les galaxies apparaissent alors déformées par un effet de
" lentille gravitationnelle ". Ces nouvelles observations
conduisirent aux mêmes résultats. En outre, la présence d’une matière invisible
doit avoir des conséquences importantes concernant l’expansion de l’Univers.
Grâce aux résultats précédents on évalua le rapport densité de masse totale à
la densité critique (celle pour laquelle l’expansion serait parfaitement
compensée par l’attraction gravitationnelle). On évalua ce rapport à 0,3. Une
autre méthode consiste à mesurer la masse totale de l’univers par l’étude de la
durée de formation des amas de galaxies. En effet, plus cette durée est grande
moins il y a de matière dans l’Univers (plus il y a de sable, plus il sera
facile et rapide de réaliser un château de sable). Le rapport fut donné à peu
près égal à 0,3. Ces nouvelles mesures confirmèrent une fois de plus les
résultats précédents.
La
théorie de la masse manquante, devant représenter entre 95% et 99% la masse
totale de l’Univers, ressemblait de moins en moins à une théorie de puce, mais
bien à un énorme pavé jeté dans la mare de la cosmologie. Mais sa nature
demeurait inconnue. Plusieurs hypothèses furent avancées.
Une
première idée est que cette masse manquante soit de la matière baryonique, c’est-à-dire qu’elle
soit constituée de protons et de neutrons. Ces baryons peuvent former des
corps de la taille des étoiles mais non lumineux appelés Machos (Massive Compact
Halo Objects). Cependant, ces corps ne semblent
pas suffire pour expliquer la totalité de la masse manquante. Les baryons
peuvent aussi constituer un gaz massif de particules n’émettant pas de rayonnement.
On pense à des nuages d’hydrogène très froid non détectables. Mais là aussi,
cette hypothèse semble peu satisfaisante car pour que les baryons aient une
chance d’expliquer la totalité de la masse manquante, il en faudrait dix fois
plus. Ou alors on ne les a pas encore tous décelés, erreur expérimentale…?
Une
autre possibilité est que la matière noire soit composée de matière non baryonique. On pense
depuis peu aux neutrinos. En effet, la découverte récente d’une masse non
nulle pour ces particules pourrait expliquer la masse
manquante. Mais cette théorie ne semble pas en accord avec les irrégularités
de matière observée. Cependant, des particules encore hypothétiques :
les axions, prédites par la théorie des interactions fortes, pourraient être
en accord avec ces irrégularités. Mais l’idée semblant s’imposer aujourd’hui
serait que cette masse invisible soit composée de nouvelles particules assez
massives, mais non encore découvertes. Baptisées Wimps,
ces particules sont postulées dans les théories " supersymétriques ".
Elles seraient de nouveaux partenaires des particules connues : le photino pour le photon, le gravitino pour le graviton ou encore
le neutralino pour le neutrino.
Mais, nous ne sommes pas au bout de nos surprises. La mesure de la quantité de
la matière sombre par deux nouvelles méthodes basées sur l’idée de déformation
de l’espace-temps par la matière, aboutit à de nouvelles révélations
étonnantes. La première réside dans la mesure des fluctuations du fond de
rayonnement cosmique par le satellite Cobe ou les collaborations Boomerang et
Maxima. Ces relevés donnèrent une nouvelle valeur du rapport masse totale sur
densité critique. La valeur 0,3 était remplacée par 1. La deuxième consiste à
compter les supernovae de type Ia, explosions
d’étoiles. Cela permet aussi de déterminer certains paramètres géométriques de
l’espace-temps.
Un
nouveau bond eut lieu, toutes ces expériences aboutirent à l’idée que la
matière se composait de deux composantes. L’une, extensible ou compressible
comme la matière visible, les Machos ou les Wimps.
Elle correspond à la valeur 0,3. L’autre, dont la densité est quasiment
constante, constituerait un retour d’une vieille puce : " la
constante cosmologique " d’Einstein. Sa densité rapportée à la
densité critique vaudrait 0,7.
Ainsi,
les mesures basées sur les irrégularités n’accède pas à cette
" nouvelle matière ", contrairement à celles reposant sur
les fluctuations du fond cosmique.
Ni
matière, ni rayonnement cette substance encore hypothétique est appelée
" quintessence ".
Enfin,
pour certains la puce n’est pas sourde, c’est juste que sans pattes…
Comment
expliquer que cette masse manquante n’a de manquante que le nom, et qu’elle
n’est qu’une chimère de physicien ? C’est très simple, on remet en cause
les lois de la gravitation de Newton, en supposant qu’elles sont modifiées
au-delà d’une certaine distance. C’est l’objet d’étude de la théorie Mond (Modified Newtonian Dynamics).
Et la
matière noire reste sourde aux interrogations des physiciens…