Une atteinte sérieuse à la théorie de la matière noire ?

Publié par Michel le 19/04/2012 à 00:00
Source: ESO
L'étude la plus précise jamais réalisée sur les mouvements des étoiles dans la Voie Lactée n'a trouvé aucune preuve de la présence de matière noire dans une zone relativement grande autour du Soleil. Selon la théorie largement acceptée, le voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) était supposé être rempli de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...), une mystérieuse substance invisible que l'on ne peut détecter que de manière indirecte, grâce à la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) gravitationnelle qu'elle exerce. Mais, une nouvelle étude menée par une équipe d'astronomes au Chili a trouvé que cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) ne concordait pas avec les faits observationnels. On peut donc supposer que les tentatives de détection de manière directe des particules de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) noire sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) risquent très probablement de n'apporter aucun résultat.


Cette vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités...) montre la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois...). Le halo bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) de matière entourant la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) indique la distribution
que nous imaginons de la mystérieuse matière noire, qui a été dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) introduite
par les astronomes pour expliquer les caractéristiques de la rotation de la Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...).
Aujourd'hui, cette mystérieuse matière noire est également considérée comme un composant essentiel
de la théorie en vigueur sur la formation et l'évolution des galaxies. Les nouvelles mesures montrent
que la quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques...) contenue dans une grande région autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du Soleil est bien plus petite
que ce que les modèles prédisent et indiquent qu'il n'y a pas de matière noire en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) significative
dans notre voisinage. Crédit: ESO/L. Calçada.
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Une équipe d'astronomes utilisant le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) MPG/ESO de 2,2 mètres à l'Observatoire de La Silla de l'ESO, ainsi que d'autres télescopes, a cartographié les mouvements de plus de 400 étoiles situées jusqu'à 13 000 années-lumière du Soleil. A partir de ces nouvelles données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...), ces astronomes ont calculé la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de matière aux alentours du Soleil, dans un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) quatre fois plus grand que ce qui avait été considéré auparavant.

"La quantité de masse que nous avons déduite correspond très bien à ce que nous voyons- les étoiles, la poussière et le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) - dans la région autour du Soleil," explique le responsable de l'équipe, Christian Moni Bidin (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile). "Mais cela ne laisse aucune place pour la matière supplémentaire - la matière noire- que nous pensions trouver. Nos calculs montrent qu'elle aurait dû clairement ressortir dans nos mesures. Mais elle n'est pas là !"

La matière noire est une mystérieuse substance que l'on ne peut pas voir, mais que l'on détecte par les effets de son attraction gravitationnelle sur la matière qui l'entoure. Cet "ingrédient" supplémentaire du Cosmos était à l'origine supposé expliquer pourquoi les parties extérieures des galaxies, incluant la Voie Lactée, avaient une vitesse (On distingue :) de rotation si importante, mais la matière noire est aussi considérée maintenant comme un composant essentiel de la théorie de formation et d'évolution des galaxies.

Aujourd'hui, il est largement accepté que ce composant sombre constitue environ 80 % de la masse de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) (1), bien que nous n'ayons toujours pas réussi à comprendre sa nature, qui reste de fait très obscure. Jusqu'à présent, toutes les tentatives pour détecter de la matière noire en laboratoires, sur Terre, ont échoué.

En mesurant avec une très grande attention les mouvements de beaucoup d'étoiles, et plus particulièrement de celles qui se situent loin du plan de la Voie Lactée, l'équipe a pu aborder la question à l'envers pour déduire la quantité de matière présente (2). Les mouvements sont le résultat de l'attraction gravitationnelle mutuelle de toute la matière, qu'il s'agisse de la matière normale comme les étoiles ou de la matière noire.

Les modèles astronomiques existants pour montrer comment les galaxies se forment et tournent suggèrent que la Voie Lactée est entourée par un halo de matière noire. Ces modèles ne sont pas capables de prédire précisément la forme de ce halo, mais ils supposent la présence très importante de matière noire dans le voisinage du Soleil. Mais, pour pouvoir expliquer l'absence de matière noire révélée dans cette nouvelle étude, il faudrait supposer que le halo de matière noire a une forme vraiment peu probable, par exemple une forme extrêmement allongée (3).

Les nouveaux résultats signifient également que les tentatives pour détecter de la matière noire depuis la Terre en essayant de repérer de rares interactions entre les particules de matière noire et la matière normale risquent très probablement de n'apporter aucun résultat.

"Malgré les nouveaux résultats, la Voie Lactée doit certainement tourner beaucoup plus vite que ce que l'on peut expliquer avec la seule matière visible. Aussi, si la matière noire n'est pas présente là où on l'attend, une nouvelle explication au problème de la masse manquante doit être trouvée. Nos résultats contredisent les modèles en vigueur. Le mystère de la matière noire en devient juste encore plus mystérieux. De prochains sondages, tels que ceux de la mission Gaia de l'ESA, seront cruciaux pour avancer au-delà de ce point (Graphie)," conclut Christian Moni Bidin.


Notes:

(1) Selon les théories en vigueur, la matière noire est estimée constituer 83 % de la matière de l'Univers avec les 17 % restant sous forme de matière normale. Une quantité plus importante d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) noire semble également présente dans l'Univers, mais elle n'est pas supposée avoir une influence sur les mouvements des étoiles dans la Voie Lactée.

(2) Les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) ont été réalisées en utilisant le spectrographe FEROS sur le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres, l'instrument Coralie sur le télescope suisse de 1,2 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du...) Leonhard Euler (Leonhard Paul Euler, né le 15 avril 1707 à Bâle et mort le...) Telescope, l'instrument MIKE sur le télescope Magellan II et le spectrographe Echelle sur le télescope Irénée du Pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours...). Les deux premiers télescopes sont situés à l'Observatoire La Silla de l'ESO au Chili et les deux derniers télescopes sont situés à l'Observatoire Las Campanas également au Chili. Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...), plus de 400 géantes rouges, situées à des altitudes très différentes au-dessus du plan de la Galaxie, dans la direction du pôle Sud (Le pôle Sud est le point le plus au sud de la surface de la Terre, diamétralement...) galactique, ont été considérées dans ce travail.

(3) Les théories prédisent que la quantité moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...) de matière noire dans la région de la galaxie où se trouve le Soleil devrait atteindre environ les 0,5 kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international...) de matière noire dans un volume correspondant à la taille de la Terre. Les nouvelles mesures trouvent 0.00±0.06 kilogramme de matière noire dans un volume correspondant à la taille de la Terre.
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