La matière noire, souvent décrite comme le « poltergeist » de l’Univers, continue de défier la compréhension des scientifiques. Invisible et indétectable directement, ses effets gravitationnels sont pourtant observables sur les structures cosmiques comme les galaxies. Le mystère de cette « masse manquante » est au cœur de la cosmologie moderne, mais une nouvelle hypothèse pourrait bien révolutionner notre compréhension de ce phénomène.
Le problème de la masse manquante
Lorsqu’on mesure uniquement leur matière visible (étoiles, gaz), les galaxies ne possèdent pas assez de masse pour expliquer leur cohésion gravitationnelle. Selon les lois de la physique actuelle, ces galaxies devraient se dissiper, les étoiles et le gaz se dispersant dans l’espace. Malgré tout, elles restent intactes, ce qui suggère l’existence de matière supplémentaire non visible : la matière noire. Cette substance mystérieuse représenterait environ 85 % de la masse de l’Univers.
De nombreuses théories ont été proposées pour expliquer la nature de la matière noire, incluant des objets exotiques comme les trous noirs primordiaux, les axions et les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Néanmoins, malgré des décennies de recherche, aucune de ces hypothèses n’a été confirmée et la matière noire demeure insaisissable, ce qui nous ramène à ces travaux. Des chercheurs de l’Université d’Alabama à Huntsville proposent en effet une théorie alternative innovante.
Une nouvelle perspective
Concrètement, au lieu de chercher des particules spécifiques, les chercheurs suggèrent que la solution pourrait résider dans des défauts topologiques présents dans l’Univers qui résultent des transitions de phase dans ses premiers stades. Dans le détail, un défaut topologique est une irrégularité dans la structure de l’espace-temps qui peut se former lors des transitions de phase. Pensez à une transition de phase comme à un changement d’état de la matière, par exemple, lorsque l’eau se transforme en glace. Dans l’Univers primitif, des transitions similaires ont eu lieu, changeant au passage les conditions fondamentales et créant ces défauts.
Les chercheurs proposent ainsi que des coques sphériques de densité de matière élevée pourraient être un type de défaut topologique. Ces coques seraient composées de deux couches : une fine couche de masse positive à l’intérieur et une fine couche de masse négative à l’extérieur. La masse totale de ces couches serait nulle, ce qui signifie qu’elles n’auraient pas de masse mesurable directe. Cependant, elles pourraient exercer une force gravitationnelle sur d’autres objets.
Comme dit plus haut, ces coques topologiques auraient pu se former lors des transitions de phase. Un exemple notable de transition est celui où l’Univers s’est suffisamment refroidi pour permettre à la force forte de lier les quarks en protons et neutrons. Selon les auteurs, ce refroidissement aurait pu entraîner la formation de ces coques sphériques.
Les observations et implications cosmiques
Selon les chercheurs, des coques sphériques résultant de telles transitions pourraient créer des effets similaires à ceux attribués à la matière noire. Par exemple, les lentilles gravitationnelles sont des phénomènes où la lumière des étoiles est courbée par la gravité d’objets massifs. Si ces coques topologiques existent, elles pourraient alors courber la lumière de la même manière, créant des lentilles gravitationnelles.
De même, comme dit précédemment, les astronomes ont observé que les galaxies et les amas de galaxies semblent avoir plus de masse que ce que l’on peut voir. Cela suggère qu’il existe une matière supplémentaire, invisible, qui aide à maintenir ces structures ensemble. Là encore, ces coques topologiques pourraient expliquer cette cohésion sans recourir à la matière noire traditionnelle.
Enfin, la découverte récente d’arcs géants et d’autres structures symétriques à grande échelle dans l’Univers pourrait soutenir cette hypothèse. Ces structures presque symétriques qui s’étendent sur des distances énormes pourraient être le résultat de la formation et de l’alignement de ces coques topologiques. Cela offre une nouvelle perspective sur la formation et l’évolution des galaxies.
Bien qu’elle soit encore en phase exploratoire, cette hypothèse ouvre donc de nouvelles voies de recherche. Les futures observations et recherches détermineront si ces défauts topologiques existent réellement et s’ils peuvent expliquer les effets gravitationnels attribués à la matière noire. Si cette théorie est confirmée, elle pourrait révolutionner notre compréhension de l’Univers et résoudre un des plus grands mystères de la cosmologie moderne.
