Déterminer la quantité totale de matière dans l’univers est une tâche complexe en raison de la grande proportion de matière sombre qui ne peut pas être directement observée. Jusqu’à présent, nous avions quelques estimations. Une récente étude vient de les préciser.
Matière baryonique, matière noire et énergie sombre
L’univers, aussi vaste soit-il, se compose de trois éléments : la matière ordinaire, la matière noire, et l’énergie sombre.
La première, également connue sous le nom de matière baryonique, est composée de particules comme les protons, les neutrons et les électrons. Elle inclut toutes les choses que nous pouvons observer ou détecter directement, telles que les étoiles, les planètes, les galaxies et le gaz interstellaire, ou même votre chien.
La matière sombre présente de son côté la particularité de n’émettre ou d’absorber aucune lumière ni autre forme de rayonnement électromagnétique. C’est pourquoi elle est indétectable directement. Cependant, nous savons qu’elle exerce une influence gravitationnelle sur la matière ordinaire. Elle est donc détectable, mais indirectement.
Enfin, la majorité de l’univers serait composée d’énergie sombre, une forme d’énergie mystérieuse censée accélérer l’expansion de l’univers.
Cela étant dit, quel pourcentage ces éléments représentent-ils dans la densité totale de l’univers ?
Les premières mesures pertinentes de ces « éléments du cosmos » proviennent du satellite Planck, qui a étudié le fond diffus cosmologique, le rayonnement résiduel du Big Bang survenu il y a environ 13,8 milliards d’années. Planck nous a révélé que la « baryonique » ne représentait qu’environ 4 % de la densité totale du rapport énergie-matière de l’univers, tandis que la matière sombre en constitue environ 26 %. Le reste (environ 70 %) serait donc de l’énergie sombre (ou énergie noire).
Relation masse-richesse
Cependant, il est toujours bon de comparer ces données en utilisant d’autres méthodes. Plus récemment, une équipe dirigée par l’astronome Mohamed Abdullah, de l’Institut national de recherche en astronomie et géophysique, en Égypte, s’est appuyée sur une méthode connue sous le nom de « relation masse-richesse des amas ».
Concrètement, cette relation lie la masse totale d’un amas de galaxies à la richesse de cet amas, c’est-à-dire au nombre de galaxies qu’il contient. Elle repose essentiellement sur le fait que la gravité agit pour regrouper la matière en structures massives comme les amas de galaxies. Plus un amas de galaxies est massif, plus sa gravité est forte, et plus il peut retenir un grand nombre de galaxies en son sein.
En cosmologie, les astronomes utilisent souvent cette méthode pour estimer la masse totale des amas de galaxies en comptant simplement le nombre de galaxies visibles dans l’amas, et donc sans avoir à mesurer directement les vitesses des galaxies dans l’amas.
Des données qui correspondent
Étant donné que les amas de galaxies actuels se sont formés à partir de matière qui s’est effondrée pendant des milliards d’années sous l’effet de sa propre gravité, leur nombre (ce qu’on appelle « l’abondance des amas ») est très sensible aux conditions cosmologiques et, en particulier, la quantité totale de matière.
Pour ces travaux, des études spectroscopiques ont permis de déterminer les distances de chaque galaxie étudiée de manière à déterminer quelles galaxies appartenaient à des amas spécifiques. En déterminant la masse totale de chaque amas, les chercheurs ont finalement déterminé que l’univers était composé à 31 % de matière et à 69 % d’énergie noire, ce qui correspond quasi exactement aux données de Planck.
Sur les 31%, les cosmologistes pensent que la matière baryonique n’en représente que seulement 20 %, le reste étant constitué de matière noire.
