Les galaxies de notre univers semblent réaliser un exploit impossible. Elles tournent à une telle vitesse que la gravité générée par leur matière observable ne pourrait pas les maintenir ensemble ; elles auraient dû se déchirer depuis longtemps. Il en va de même pour les galaxies en amas, ce qui amène les scientifiques à penser que quelque chose que nous ne pouvons pas voir est à l’œuvre. Ils pensent que quelque chose que nous n’avons pas encore détecté directement donne à ces galaxies une masse supplémentaire, générant la gravité supplémentaire dont elles ont besoin pour rester intactes. Cette matière étrange et inconnue a été appelée « matière noire » car elle n’est pas visible.
Matière noire
Contrairement à la matière normale, la matière noire n’interagit pas avec la force électromagnétique. Cela signifie qu’elle n’absorbe, ne reflète ou n’émet pas de lumière, ce qui la rend extrêmement difficile à repérer. En fait, les chercheurs ont pu déduire l’existence de la matière noire uniquement à partir de l’effet gravitationnel qu’elle semble avoir sur la matière visible. La matière noire semble être six fois plus importante que la matière visible et représente environ 27 % de l’univers. Voici un fait qui donne à réfléchir : la matière que nous connaissons et qui compose toutes les étoiles et galaxies ne représente que 5% du contenu de l’univers ! Mais qu’est-ce que la matière noire ? L’une des idées est qu’elle pourrait contenir des « particules supersymétriques » – des particules hypothétiques partenaires de celles déjà connues dans le modèle standard. Les expériences menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC) pourraient fournir des indices plus directs sur la matière noire.
Selon de nombreuses théories, les particules de matière noire seraient suffisamment légères pour être produites au LHC. Si elles étaient créées au LHC, elles s’échapperaient à travers les détecteurs sans être remarquées. Cependant, elles emporteraient de l’énergie et de la quantité de mouvement, de sorte que les physiciens pourraient déduire leur existence de la quantité d’énergie et de mouvement « manquante » après une collision. Les candidats à la matière noire apparaissent fréquemment dans les théories qui suggèrent une physique au-delà du modèle standard, comme la supersymétrie et les dimensions supplémentaires. Une théorie suggère l’existence d’une « vallée cachée », un monde parallèle fait de matière noire ayant très peu en commun avec la matière que nous connaissons. Si l’une de ces théories s’avérait vraie, elle pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre la composition de notre univers et, en particulier, la façon dont les galaxies tiennent ensemble.
L’énergie noire
L’énergie noire représente environ 68% de l’univers et semble être associée au vide de l’espace. Elle est répartie uniformément dans l’univers, non seulement dans l’espace mais aussi dans le temps – en d’autres termes, son effet n’est pas dilué à mesure que l’univers s’étend. Cette répartition uniforme signifie que l’énergie sombre n’a pas d’effets gravitationnels locaux, mais plutôt un effet global sur l’univers dans son ensemble. Il en résulte une force répulsive, qui tend à accélérer l’expansion de l’univers. Le taux d’expansion et son accélération peuvent être mesurés par des observations basées sur la loi de Hubble. Ces mesures, ainsi que d’autres données scientifiques, ont confirmé l’existence de l’énergie noire et permettent d’estimer la quantité de cette substance mystérieuse qui existe.