Un peu d’astrophysique, ça vous dit ? Dernière semaine avant les vacances… il est temps de se creuser les méninges une dernière fois menu XL ! Pour ça, je vous ferai part d’une découverte scientifique : il manquerait… de l’Espace… ce manque s’appelerai… l’Energie Noire…

Les 95 % restant participent à l’énorme masse « manquante », qui échappe à notre regard. Les certitudes sont rares et les hypothèses nombreuses pour tenter de résoudre cette énigme cruciale pour la compréhension de l’évolution cosmique.

La matière ordinaire. Pourquoi les astronomes sont-ils certains que celle-ci ne représente qu’un vingtième de la totalité de la masse critique de l’Univers ? Tout simplement parce que la théorie du Big Bang, ce modèle standard cosmologique qu’aucune observation n’a démenti jusqu’ici, a fixé très précisément la quantité de matière qui a participé aux fusions nucléaires des premières minutes de l’Univers, à l’origine des tout premiers éléments chimiques.

Ceux-ci se sont ensuite combinés dans les fonderies surchauffées des étoiles pour donner les éléments lourds qui nous composent aujourd’hui. Mais ils n’ont jamais été assez nombreux pour aller au-delà des 5 %.

Les nouvelles découvertes d’immenses nappes de gaz ne modifient pas, hélas, ce rapport de force en défaveur de la matière ordinaire. A peine ces nuages pourront-ils expliquer les anomalies dans la vitesse de rotation des étoiles autour du centre de notre Voie lactée. Mais à des échelles plus grandes, pour justifier les mouvements des galaxies, puis des amas de galaxies entre elles, il faut d’autres particules que les scientifiques ont regroupées sous la dénomination de matière noire.

La matière noire. Composée d’éléments invisibles, sans rayonnement, électriquement neutres et qui n’interagissent pratiquement pas avec la matière ordinaire, elle fournirait 25 % de la masse critique de l’Univers. Principalement répartie en halos autour des parties visibles des galaxies, c’est elle qui leur fournit le supplément de force d’attraction nécessaire pour garder les étoiles en leur sein.

Ce sont ses grumeaux qui ont contribué à agglomérer la matière ordinaire en embryons de galaxies au cours des 300 000 premières années de l’Univers. L’astronome américain Fritz Zwicky avait eu l’intuition de son existence dès les années 1930, en constatant que sa masse visible ne suffisait pas, loin de là, à justifier les mouvements d’un petit amas galactique.

Depuis, un seul des composants de cette matière noire a eu l’obligeance, en 1956, de se signaler aux physiciens des particules. Ce sont les neutrinos, d’une masse infime et d’une vitesse extrême, dégageant de la chaleur. Ils composent la « matière noire chaude » qui n’a qu’un seul défaut : celui de ne contribuer que très marginalement à la totalité de la masse de l’Univers, aux alentours de 0,3 %. Les scientifiques sont sûrs de leur proportion.

En plus grande quantité, l’hyperactivité des neutrinos aurait dilué les ferments des galaxies et empêché la formation d’un Univers tel que celui que nous connaissons. Les astronomes ont donc postulé l’existence d’une « matière noire froide », composée d’éléments plus massifs et moins actifs, davantage conforme aux modèles théoriques mais souffrant aussi d’un handicap majeur : personne n’a pu, jusqu’ici, en démontrer l’existence.

Le principal élément candidat pour fournir les plus gros bataillons de matière noire froide est le neutralino. Plusieurs expériences, telles que celle, franco-allemande, menée sous plusieurs centaines de mètres de rochers, dans les Alpes, le traquent actuellement. La confirmation matérielle de son existence aurait des répercussions immenses sur la cosmologie moderne, mais toutefois bien insuffisantes pour lever la totalité du mystère de la masse manquante.

L’énergie noire.

Il ne faut pas se fier à son nom inquiétant, digne d’avoir été inventé par le méchant d’une histoire de super-héros.

L’énergie noire n’a que des effets bénéfiques pour les astronomes. Non seulement elle apporterait 70 % de la masse cosmique, mais, en plus, elle fournirait une réponse satisfaisante à cette découverte déduite, en 1998, de l’éloignement inattendu de certaines supernovae et qui n’en finit pas d’estomaquer les astronomes : l’expansion de l’Univers est en train d’accélérer.

Une force qui repousse au lieu d’attirer serait en train de prendre le dessus sur la gravité. Cette force, Albert Einstein en avait eu l’intuition, dès 1917, lorsqu’il l’avait glissée dans sa théorie de la relativité générale pour contrebalancer l’attraction gravitationnelle de la matière et garantir un Univers stable.

Il l’avait baptisée « constante cosmologique », puisqu’elle s’exerçait en tout point avec la même puissance. Mais il y avait renoncé quelques années plus tard, la considérant inutile à partir du moment où l’expansion de l’Univers avait été démontrée.

Avec l’énergie noire, la « constante cosmologique » est donc de retour.

Mais sous quelle forme réelle peut se traduire un tel principe théorique ? Certains ont pensé qu’il s’agissait de l’ »énergie du vide », due aux fluctuations des champs quantiques du vide.

Mais cette théorie souffre de plusieurs graves défauts : la physique quantique, dont elle est issue, n’est pas compatible avec la gravitation. Surtout, mise en équation, l’énergie du vide est d’un tel ordre de grandeur qu’elle pulvériserait l’Univers instantanément.

D’autres physiciens ont donc pensé que l’énergie noire ne pouvait être constante, qu’il fallait lui donner corps en inventant une force d’une nature nouvelle, la « quintessence », variable dans le temps. En l’état actuel des recherches, le débat fait rage pour trouver ces fameux 70 % de la masse critique, puisque aucune théorie n’a réussi à s’imposer aux autres.

Puisque les lois de la physique ont autant de mal à décrire la nature, changeons ces lois au lieu d’inventer des forces nouvelles, clament plusieurs physiciens. Certains, comme l’Israélien Mordehai Milgrom (Hors-série de Pour la science, octobre-décembre 2004), estiment que la matière noire est une chimère et que l’on peut s’en passer en modifiant les lois de Newton sur la gravitation.

D’autres, comme Georgi Dvali, physicien à l’université de New York pensent que l’accélération de l’expansion n’est peut-être pas due à l’énergie noire, mais à une fuite de la gravité hors de notre univers, vers d’autres dimensions dont la possibilité est ouverte par la théorie des cordes. Certains, enfin, plaident que les interrogations actuelles se résolvent si l’on quitte le modèle d’un univers unique pour un multivers comprenant toutes les possibilités de réalité.

Voilà pour ces quelques interrogations. Certes, on ne comprend pas mieux… sauf une chose : on ne sait pas grand chose, et on est bien peu de choses…

Source : Le Monde