Espace●●●●●Difficulty 2 of 5

Comment sait-on qu'une chose invisible forme l'essentiel de la matière de l'univers ?

L'essentiel de la matière de l'univers, aucun télescope ne l'a jamais vue : on sait qu'elle est là uniquement parce qu'elle attire.

▶ Lancer l'histoire

Si l'on sait que la matière noire existe, c'est grâce à sa gravité. Au bord des galaxies spirales, les étoiles tournent bien trop vite pour que les étoiles et le gaz visibles puissent les retenir, et des amas entiers de galaxies se comportent comme s'ils pesaient beaucoup plus lourd que tout ce qui brille en eux. Quelque chose d'invisible ajoute cette attraction, et selon les estimations actuelles, ce quelque chose représente environ 85 % de toute la masse de l'univers.

De quoi est fait l'univers

Graphique en barres : De quoi est fait l'univers. (%)
Part de la masse-énergie
Matière ordinaire5 %
Matière noire26,8 %
Énergie noire68,2 %
Tout ce qui est fait d'atomes, des étoiles jusqu'à toi, ne pèse que 5 %. Parmi la matière seule, la matière noire l'emporte sur la matière ordinaire à plus de cinq contre un.

Le premier à lui donner un nom est l'astronome suisse Fritz Zwicky. En 1933, il étudie l'amas de Coma et constate que ses galaxies filent si vite que l'amas semble contenir environ 400 fois plus de masse que ce qu'il voit. Il baptise cette masse manquante dunkle Materie, « matière sombre ». Ses chiffres étaient très exagérés, mais sa conclusion tenait : l'essentiel de la matière était invisible. Des décennies plus tard, Vera Rubin mesure la rotation des galaxies spirales et découvre que leurs étoiles les plus lointaines vont aussi vite que celles du centre. En toute logique, ces galaxies devraient se disloquer. Si elles tiennent, c'est qu'une grande quantité de masse invisible les retient.

La matière noire n'interagit pas du tout avec la lumière : aucun télescope ne peut donc la voir directement. En revanche, sa gravité dévie la lumière des galaxies situées derrière elle, c'est l'effet de lentille gravitationnelle, et cartographier ces minuscules déformations révèle où elle se trouve. Dans l'amas du Boulet, formé de deux amas de galaxies entrés en collision, l'effet de lentille place l'essentiel de la masse ailleurs que le gaz chaud et lumineux.

On lui doit même notre existence. Dans l'univers jeune, le rayonnement lissait les petites irrégularités de la matière ordinaire, mais la matière noire, insensible au rayonnement, s'est agglomérée la première et a attiré la matière ordinaire, ce qui a accéléré la naissance des galaxies. Reste à savoir ce qu'elle est vraiment : la plupart des physiciens soupçonnent une particule encore inconnue, mais aucun détecteur n'en a encore attrapé.

Quiz

0/3

  1. 1.Comment des astronomes comme Vera Rubin ont-ils déduit que les galaxies spirales contiennent de la matière noire ?
  2. 2.Pourquoi est-il impossible de voir la matière noire avec des télescopes classiques, qui captent la lumière ?
  3. 3.À quoi sert l'effet de lentille gravitationnelle dans l'étude de la matière noire ?

Récap

On ne détecte la matière noire que par sa gravité : elle retient les galaxies qui tournent vite et dévie la lumière des galaxies situées derrière elle.

Le fait surprenant · Les galaxies spirales tournent si vite sur leurs bords qu'elles devraient se disloquer, ce qui montre qu'une grande quantité de masse invisible les retient.

Sources (3)

Pas de source, pas d'affirmation. Chacun des 27 faits de cette leçon renvoie à au moins une de ces sources.

  1. [1]Dark matter · Wikipedia
  2. [2]Vera Rubin · Wikipedia
  3. [3]Bullet Cluster · Wikipedia
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