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La matière noire pourrait être plus ancienne que le Big Bang

Simulation de la matière noire. Crédits : Tom Abel et Ralf Kaehler / KIPAC / SLAC / AMNH)

D’où vient la matière noire ? De quoi est-elle faite ? Pour le moment, le mystère reste entier. Mais une nouvelle théorie pourrait tout changer. Selon un physicien de l’Université Johns Hopkins (États-Unis), la matière pourrait avoir été créée avant le Big Bang.

Étrange matière noire

Nous savons qu’elle est là, qu’elle existe. Nous ne pouvons pas la détecter directement, mais il existe de nombreuses preuves indirectes de son existence. Le mouvement des étoiles et des galaxies, par exemple, ne saurait en effet être expliqué par la seule présence de la matière normale. Il y a “autre chose”. Une matière invisible plus puissante, en plus grandes proportions, qui façonne la structure à grande échelle de l’Univers. Les chercheurs estiment aujourd’hui que celui-ci contient environ 26,8 % de matière noire, contre seulement 4,9 % de matière ordinaire (qui nous compose). C’est dire. Quant au reste, c’est de l’énergie sombre.

Plusieurs théories ont tenté d’expliquer la matière noire. L’une d’elles suggère qu’elle serait composée d’une particule très légère et électriquement neutre appelée “axion”. Des chercheurs ont mis au point une expérience – l’Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) – mais les résultats sont pour le moment infructueux. Et si nous faisions finalement fausse route ? Et si nous observions le problème sous un autre angle ? C’est du moins l’avis de Tommi Tenkanen, de l’Université John Hopkins, suggérant que la matière noire pourrait trouver son origine avant le Big Bang.

Crédits : iStock

Avant le Big bang

Nous savons aujourd’hui que l’Univers est en expansion. Et que tout s’éloigne à un rythme accéléré. Partant de ce principe, si nous remontons “la machine” en arrière, toute la matière de l’Univers se retrouve compactée en une singularité d’une densité infinie. Il y a environ 13,8 milliards d’années, cette singularité a “explosé”, créant l’espace (et donc le temps). C’est le Big Bang. Toute la matière ordinaire qui existe aujourd’hui est issue de cet événement cataclysmique. Et jusqu’à présent, nous pensions que c’était également le cas pour la matière noire.

Mais pour le chercheur, ça ne colle pas. « Si la matière noire était vraiment un vestige du Big Bang, dans de nombreux cas, nous aurions déjà dû voir un signal direct de sa présence dans différentes expériences de physique des particules », explique en effet Tommi Tenkanen.

Dans notre esprit, nous pensons que le Big Bang est le début de tout. Mais nous n’en avons finalement aucune preuve concrète. Il se peut en effet que cet événement ne soit finalement qu’une ligne d’horizon. Pour prendre un exemple très simple : lorsque nous posons nos yeux vers le large, nous observons l’horizon. On ne voit rien au-delà, mais cela ne veut pas dire qu’il n’y a rien derrière.

Crédits : Wikimedia Commons

Une matière précoce

C’est alors qu’entre en jeu le principe d’inflation cosmique (présentée ci-dessus). Il s’agit ici d’une période au cours de laquelle l’Univers s’est développé de manière exponentielle. Comme un ballon. Il est généralement admis que cette période s’est produite entre 10-36 et 10-32 secondes environ après le Big Bang. Mais certains pensent que cet événement s’est produit juste avant le Big Bang. Et pour Tommi Tenkanen, c’est à ce moment précis que la matière noire a vu le jour.

Il propose ainsi que durant cette période, l’Univers aurait produit un type de particule appelée “scalaire” (comme le boson de Higgs), dont le nombre de spin était égal à zéro. L’avantage de cette nouvelle théorie, dit-il, c’est qu’elle fonctionne pour expliquer les interactions entre la matière noire et la matière normale, que nous avons déjà mesurées. Autrement dit, cette explication s’intègre parfaitement dans la dynamique actuelle de l’Univers.

Partir de ce principe pourrait également nous permettre d’identifier une bonne fois pour toutes cette étrange matière. « Si la matière noire est constituée de nouvelles particules nées avant le Big Bang, elles affectent de manière unique la façon dont les galaxies sont réparties dans le ciel, explique le chercheur. Cette connexion peut être utilisée pour révéler leur identité et tirer des conclusions sur les temps qui ont précédé le Big Bang aussi ».

Selon Tenkanen, les instruments et expériences en cours ne peuvent actuellement permettre ce type de découverte, mais il croit en les satellites à venir. Comme Euclid, de l’Agence spatiale européenne (ESA). Un nouveau télescope spatial dont le lancement est prévu pour 2022.

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