E
n astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais dark matter, désigne une catégorie de matière hypothétique jusqu'à présent non détectée, invoquée pour rendre compte d’observations, notamment les estimations de masse des galaxies, des amas de galaxies et les propriétés des fluctuations du fond cosmologique. Différentes hypothèses ont été émises et explorées sur la composition de cette hypothétique matière noire : gaz moléculaire, étoiles mortes, naines brunes en grand nombre, trous noirs, etc. Cependant, les estimations de la densité de l'univers et l'estimation de sa densité sous forme d'atomes, la matière baryonique donc, impliquent plutôt une nature non-baryonique, et donc encore inconnue, encore que l’on suppose fortement des particules, peut-être des super-partenaires tels que le neutralino. Ces particules exotiques sont regroupées sous le nom générique de WIMP, acronyme de l’anglais Weakly interacting massive particles, traduction de mauviettes, d'où l'appellation parfois rencontrée en français.


A
partir des vitesses de rotation des étoiles et des galaxies (au niveau des amas), il a été possible de mesurer la masse de cette matière noire, et d’en déduire également sa répartition. Une grande quantité de cette matière devrait se trouver au sein même des galaxies, non pas dans le disque galactique mais sous forme d’un halo englobant la galaxie. Cette configuration permet une stabilité du disque galactique. De plus, certaines galaxies possèdent des anneaux perpendiculaires au disque et composés de gaz, de poussières et d’étoiles. Là encore, le halo de matière expliquerait la formation et la stabilité que de tels anneaux nécessitent. Par contre, il est impossible que la matière noire se trouve dans le disque galactique, car on devrait alors observer dans le mouvement des étoiles une oscillation perpendiculaire au disque ; oscillation que nous ne voyons pas.

La matière noire, c'est quoi ?
On sait que l'Univers est composé aujourd'hui de 99% de matière et énergie noire. La matière noire est soit de la matière atomique ordinaire, sous forme d'étoiles sombres, trous noirs, planètes, etc. : 4% seulement; de matière non atomique, comme les neutrinos et autres particules vraisemblablement produites dans le Big Bang : 24% reste environ 72% d'énergie sombre, qui n'est pas de la matière au sens habituel, mais un champ d'énergie pure (peut-être l'énergie du vide). Contrairement a la matière noire, l'énergie sombre est anti-gravitante; elle a donc tendance à accélérer l'expansion de l'Univers. C'est justement ce qui est observé. Quels sont les indices qui laissent penser que la matière noire existe ? Et qu'elle n'existe pas ?

O
n détecte la matière noire de plusieurs façons ; par exemple par son effet gravitationnel. Ainsi, le trou noir massif (3 millions de masses solaires) au centre de notre Galaxie se "voit" en analysant les étoiles qui tournent à grande vitesse autour de lui - s'il n'y avait pas de trou noir, elles ne tourneraient pas aussi vite. Même chose pour les étoiles dans les bras des galaxies spirales, qui orbitent plus vite que la normale, ou des vitesses élevées des galaxies elles-mêmes dans les amas. Quant à l'énergie noire, on pense l'avoir détectée (ce n'est pas une certitude absolue) en ayant mesuré l'accélération du taux d'expansion cosmique (observation de supernovae lointaines, etc.).


S
eule une forme d'énergie répulsive peut provoquer cette accélération, d'où l'hypothèse de cette énergie noire dominante, même si on ne comprend pas encore tout à fait sa nature.



Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½. Longtemps sa masse fut supposée nulle. Toutefois, des expériences réalisées en 1998 au Super-Kamiokande ont montré que celle-ci, bien que très petite, est différente de zéro. L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique.


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