Pendant longtemps, les astronomes pensaient que presque tout l’Univers était composé de matière ordinaire (appelée « matière baryonique ».) C’est le même genre de matière qui compose votre corps, vos meubles, notre planète ou encore toutes les étoiles (protons, neutrons et électrons). Cependant, les astronomes savent maintenant que cette matière baryonique ne représente qu’une petite fraction de la matière dans l’Univers.
En mesurant le mouvement des galaxies et des étoiles à l’intérieur des galaxies, les chercheurs ont en effet pu déterminer qu’il existe dans l’Univers un autre type de matière qui nous est invisible. Nous savons néanmoins qu’elle existe par ses effets sur la matière ordinaire. Dans les années 1970, l’astronome Vera Rubin fut la première à faire des mesures offrant une preuve indirecte de l’existence de la matière noire. Elle s’est notamment concentrée sur les vitesses des étoiles orbitant dans les galaxies spirales. La vitesse à laquelle une étoile doit se déplacer pour rester sur son orbite dépend de la force de gravité qui l’attire vers le centre de sa galaxie – et donc de la masse de cette dernière. En suivant le mouvement des étoiles sur les bords des galaxies spirales, Vera Rubin détermina la quantité de matière nécessaire dans chaque galaxie pour maintenir ces étoiles dans leurs orbites. En déterminant cette quantité de matière « normale » (gaz, poussière et étoiles) connue dans chaque galaxie, elle se rendit compte que les chiffres ne correspondaient pas. Il manquait un élément : la « matière noire« .
Passons ensuite à « l’énergie noire ». La nature de cette énergie sombre est également complètement inconnue, mais nous savons qu’elle se comporte différemment de la matière ordinaire. En 1998, une équipe d’astrophysiciens australiens et américains découvrait en effet 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.
Si la matière noire et l’énergie sombre restent à ce jour les deux plus grands mystères qui laissent les astronomes perplexes depuis respectivement environ 50 ans et 20 ans, des observations très récentes du fond diffus cosmologique – le rayonnement qui baignait l’Univers 380 000 après le Big Bang – ont révélé les fractions relatives de chacun de ces composants. Les meilleures estimations indiquent maintenant que l’Univers est constitué de 4% de matière baryonique régulière, de 23% de matière noire et de 73% d’énergie sombre. En d’autres termes, 96% de la composition de l’Univers nous est aujourd’hui complètement inconnue.
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