Hubert Reeves

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Matière et énergie sombres


Des scientifiques des 19ème et 20ème siècles ont prétendu que c'en serait bientôt terminé avec la physique. Pourtant, la réalité s'inscrit en faux avec leurs affirmations. La nature de quatre vingt quinze pour cent de la densité du cosmos nous est inconnue. Avis aux jeunes chercheurs : il y a encore du pain sur la planche …

Vers 1935, un astrophysicien suisse, Fritz Zwicky, étudie un amas de galaxies du ciel lointain. Il mesure les masses et les vitesses de déplacement de chacune d'elles. Il lui paraît que les galaxies vont trop vite. Animées de telles vitesses, elles devraient s'échapper de leur amas. Celui-ci semble trop peu massif pour les garder captives. Quelque chose d'autre paraît les retenir. Il émet alors une hypothèse téméraire : il y dans cet amas de la matière supplémentaire totalement invisible.

Cette hypothèse fut la première indication de l'existence dans l'Univers de ce que nous appelons la « matière sombre ». D'abord accueillie avec scepticisme, elle a fini par s'imposer. Nous avons maintenant plusieurs observations différentes qui confirment sa réalité. En fait il y a environ cinq fois plus de matière sombre que de matière ordinaire. Elle représente le quart de la densité de l'Univers.

Nous ne savons rien de sa nature sinon qu'elle n'est pas, comme vous et moi, constituée d'électrons, protons, neutrinos, etc, et qu'elle n'émet pas de photons, sinon on la verrait.

Cette matière sombre joue un rôle très important dans l'évolution du cosmos. Selon les lois de Newton, elle exerce une force d'attraction sur les corps qui l'environnent. Elle accélère considérablement le taux de formation des galaxies. Il paraît acquis que, sans elle, entre le Big Bang et aujourd'hui, aucune des structures cosmiques n'aurait eu le temps de se former. La matière cosmique en expansion serait restée dispersée dans l'espace.

Une découverte plus récente, d'à peine vingt ans, nous a fait connaître l'existence d'une autre composante de l'Univers : l'énergie sombre. Contrairement a la matière sombre et a la matière ordinaire, cette énergie sombre exerce une force répulsive sur la matière autour d'elle. Elle augmente la vitesse d'éloignement des galaxies. Quand on mesure leurs distances, on constate qu'elles sont maintenant plus loin les unes des autres que si cette énergie sombre n'existait pas. D'autres observations sont venues la confirmer. Elle représente plus de 70 % de la densité cosmique.

Cette énergie sombre joue également un rôle important dans l'évolution du cosmos. Sa puissance va grandissant avec les âges. Si les galaxies ne s'étaient pas formées pendant les premiers milliards d'années, actuellement elles ne pourraient plus se former. Sa nature est aussi mystérieuse que celle de la matière sombre. On soupçonne, sans en avoir une preuve convaincante, que son existence est reliée à la théorie de la gravité d'Einstein.

En résumé, d'une part, sans l'existence de la matière sombre, les galaxies n'auraient pas eu le temps de se former ; et d'autre part, à cause de l'énergie sombre, elles ne pourraient plus se former maintenant. Si ces spéculations devaient se confirmer, il nous faudrait admettre que ces matières, non seulement lointaines mais invisibles à nos yeux, auraient joué un rôle important jusque dans notre existence.

(9 novembre 2011)