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La matière noire et l’énergie sombre existent-elles vraiment ?

Crédits : Wikimedia Commons/Kanwar Singh

Un chercheur de l’Université de Genève suggère que l’accélération de l’expansion de l’Univers et le mouvement des étoiles dans les galaxies peuvent s’expliquer sans forcément s’appuyer sur les concepts de matière noire et d’énergie sombre.

En se fondant sur l’une des notions de base les plus fondamentales en cosmologie, l’homogénéité de l’Univers, on suppose que la façon dont les galaxies tournent sur elles-mêmes implique la présence de matière exotique, dite « matière noire ». Ces hypothétiques particules constituent à ce jour l’une des grandes énigmes de l’astrophysique. On suppose également la présence d’une « énergie sombre », plus puissante que l’attraction gravitationnelle, responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers. Ces deux notions, a-t-on soutenu, expliqueraient la mécanique céleste observée. Nous n’avons seulement aucune preuve de leur existence. Selon un chercheur de l’Université de Genève (UNIGE), ces concepts pourraient même ne plus être valables : les phénomènes qu’ils sont censés décrire peuvent être démontrés sans eux. Cette recherche, qui vient d’être publiée dans The Astrophysical Journal, exploite un nouveau modèle théorique basé sur le principe « d’invariance d’échelle de l’espace vide ».

En 1933, l’astronome suisse Fritz Zwicky fit une découverte incroyable : il y avait, selon lui, beaucoup plus de matière dans l’Univers que supposé. Cette matière inconnue sera ensuite baptisée « matière noire », un concept qui prit encore plus d’importance dans les années 1970, lorsque l’astronome américaine Vera Rubin suggéra que la présence de cette énigmatique matière suffisait à expliquer les mouvements et la vitesse des étoiles. Les scientifiques ont par la suite consacré des ressources considérables à l’identification de cette matière — dans l’espace, sur le terrain et même au CERN — mais sans succès. En 1998, il y eut un deuxième coup de tonnerre : une équipe d’astrophysiciens australiens et américains découvrait que l’expansion de l’Univers s’accélérait. Cependant, aucune théorie ou observation n’a été capable de définir cette énergie noire qui serait plus forte que l’attraction gravitationnelle de Newton. En bref, la matière noire et l’énergie sombre sont deux mystères qui laissent les astronomes perplexes depuis respectivement 80 ans et 20 ans.

La façon dont nous représentons l’Univers et son histoire est décrite par les équations d’Einstein de la relativité générale, de la gravitation universelle de Newton et de la mécanique quantique. Le modèle-consensus actuel est celui d’un big bang suivi d’une expansion. « Dans ce modèle, il y a une hypothèse de départ qui n’a pas été prise en compte, à mon avis », explique André Maeder, professeur au Département d’Astronomie de la Faculté des Sciences de l’UNIGE. « Par cela je veux dire : l’invariance d’échelle de l’espace vide. En d’autres termes, l’espace vide et ses propriétés ne changent pas après une dilatation ou une contraction ». En effectuant des tests cosmologiques basés sur son nouveau modèle, le chercheur s’est aperçu que celui-ci pouvait prédire l’expansion accélérée de l’Univers sans avoir à prendre en compte une quelconque énergie sombre. Celle-ci pourrait finalement ne pas exister.

Dans un second temps, le chercheur s’est concentré sur la loi de Newton, légèrement modifiée lorsque l’on incorpore la nouvelle hypothèse de Maeder. Cette loi modifiée, lorsqu’elle est appliquée à des amas de galaxies, conduit à des masses de grappes alignées sur celles de la matière visible (contrairement à ce que Zwicky affirmait en 1933) : aucune matière noire n’est nécessaire pour expliquer les grandes vitesses des galaxies. Un deuxième test a démontré que cette loi prédit aussi les vitesses élevées atteintes par les étoiles dans les régions externes des galaxies, sans avoir à se tourner vers la matière noire pour les décrire. Finalement, un troisième test a porté sur la dispersion des vitesses des étoiles oscillant autour du plan de la Voie lactée. Cette dispersion, qui augmente avec l’âge des étoiles, peut très bien être expliquée en utilisant l’hypothèse de l’espace vide invariant, alors qu’il n’y avait auparavant aucun accord sur l’origine de cet effet.

Ce nouveau modèle ouvre donc la voie à une nouvelle conception de l’astronomie, qui suscitera des interrogations et des controverses. Pouvoir se passer de la matière noire ou de l’énergie noire pour expliquer certains phénomènes cosmologiques constituerait en effet un bouleversement scientifique. « L’annonce de ce modèle, qui résout enfin deux des plus grands mystères de l’astronomie, reste fidèle à l’esprit de la science : rien n’est jamais acquis, ni en termes d’expérience, d’observation ou de raisonnement humain », conclut le chercheur.

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