Matière noire et énergie noire

Aujourd'hui, les chercheurs estiment que l'univers n'est composé que d'environ 5% de matière visible. C'est-à-dire de la matière que nous percevons. A cela s'ajoutent 26,8% de matière dite noire et 68,3% d'énergie noire.

La matière noire renforce la gravitation

L'astrophysicien suisse Fritz Zwicky a été l'un des premiers chercheurs à utiliser le terme de "matière noire". Il a observé l'amas de galaxies Coma en 1933. Il a estimé la masse totale de l'amas de galaxies à partir des galaxies visibles et a ainsi pu déterminer la force d'attraction - la gravitation - qui y régnait. Il a ensuite déterminé les vitesses des différentes galaxies et a remarqué que certaines galaxies se déplaçaient si rapidement qu'elles auraient dû surmonter la gravitation de l'amas et s'éloigner. Comme une fusée suffisamment rapide pour surmonter la force d'attraction de la Terre. Or, ces galaxies ne s'éloignent pas, elles restent dans l'amas de galaxies. Zwicky a déduit de cette opposition que la gravitation, et donc la masse de l'amas de galaxies, devait être bien plus grande qu'il ne l'avait estimé. Comme cette masse n'était pas visible, il a élaboré le concept de "matière noire". Il s'agit d'une matière qui contribue à la gravitation, mais qui n'est pas visible pour nous.

Les lentilles gravitationnelles aident à explorer la matière noire

Selon la théorie de la relativité générale, les objets très massifs dévient le rayonnement électromagnétique et donc la lumière visible. Ils agissent donc sur la lumière de la même manière que les lentilles optiques. Les chercheurs les appellent donc des lentilles gravitationnelles. Ces lentilles gravitationnelles donnent d'une part des indications sur l'existence de la matière noire, mais elles pourraient d'autre part servir à en apprendre davantage sur celle-ci.
En théorie, toute masse dévie la lumière, mais cela ne devient pertinent pour les observations en astronomie qu'avec des ordres de grandeur comme les galaxies, les amas de galaxies ou les trous noirs. Les objets qui, vus par l'observateur, se trouvent derrière la lentille gravitationnelle apparaissent alors par exemple en double, déformés ou amplifiés. Lorsque les chercheurs comptent les galaxies dans un amas de galaxies et les comparent à l'effet de déviation que cet amas de galaxies exerce sur la lumière provenant d'autres objets, ils remarquent que la masse des galaxies visibles n'est pas suffisante pour cela. Il s'agit là d'un indice supplémentaire de l'existence de la matière noire. Les chercheurs espèrent également obtenir davantage de connaissances grâce aux lentilles gravitationnelles, comme la manière dont la matière noire est répartie ou même de quoi elle pourrait être composée.

L'énergie noire explique le comportement de l'univers

L'énergie noire est un terme utilisé par les cosmologistes pour expliquer deux phénomènes:

1. L'énergie noire est la raison de l'expansion accélérée de l'univers. Dans les années 90, des chercheurs ont pu démontrer par des mesures que l'univers s'étendait de manière accélérée, ce qui leur a valu le prix Nobel de physique en 2011 : les supernovae qui sont lointaines - et que nous voyons donc telles qu'elles étaient dans le passé, car la lumière met longtemps à nous parvenir - s'éloignent plus lentement de la Terre que les supernovae qui sont proches de nous et dont la lumière est "moins ancienne". Le fait que l'univers soit en expansion n'est pas surprenant. Les chercheurs l'expliquent par la théorie du big bang : la masse totale de l'univers actuel était concentrée en un point et a été dispersée dans toutes les directions lors du big bang il y a 13 milliards d'années. Classiquement, on s'attendrait à ce que l'expansion soit d'autant plus lente qu'elle est longue, car les objets s'attirent mutuellement sous l'effet de la gravitation, ce qui freine à nouveau l'expansion au fur et à mesure. Les observations des supernovae contredisent cette hypothèse et les chercheurs expliquent cette accélération de l'expansion par l'existence de l'énergie noire, qui agit à l'inverse de la gravitation et disperse l'univers.
2. Un autre indice de l'énergie noire est, très grossièrement, le fait qu'une géométrie euclidienne règne dans notre univers. C'est la géométrie classique que nous apprenons à l'école. Les physiciens et physiciennes disent que l'univers est plat. La matière visible et la matière noire estimée ne suffisent pas pour que l'univers soit plat. Seule la présence d'énergie noire peut expliquer ce fait.