La matière noire est la substance la plus mystérieuse et la plus inerte de l'univers. Ses effets gravitationnels expliquent la rotation des galaxies, le mouvement des amas et les structures à plus grande échelle de l'univers entier. Mais à plus petite échelle, il est trop petit pour affecter le mouvement du système solaire, la matière de la Terre, ou l'origine et l'évolution de l'homme. Cela étant dit, la gravité que fournit la matière noire est absolument essentielle pour les ingrédients bruts qui composent la vie comme nous et une planète comme la Terre. Sans matière noire, il ne pourrait y avoir aucune vie dans l'Univers.
Les étoiles produisent 100% de la lumière que nous voyons dans l'univers, mais seulement 2% de sa masse. Lorsque nous examinons les mouvements des galaxies, des amas, etc., nous constatons que la quantité de masse gravitationnelle dépasse la masse stellaire de 50 fois. On pourrait penser que d'autres types de matière ordinaire pourraient expliquer cette différence. Après tout, nous avons découvert de nombreux autres types de matière dans l'univers en plus des étoiles:
- les restes d'une étoile comme les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs;
- astéroïdes, planètes et autres objets dont la masse est trop petite pour être des étoiles;
- le gaz neutre dans les galaxies et l'espace entre elles;
- la poussière bloquant les régions claires et brumeuses;
- plasma ionisé, abondant dans le milieu intergalactique.
Toutes ces formes de matière ordinaire - ou de matière qui à l'origine consistaient des mêmes choses que nous: les protons, les neutrons et les électrons - y contribuent. Le gaz et le plasma, en particulier, contribuent plus que la somme de toutes les étoiles de l'univers. Mais même si nous ajoutons tous ces composants ensemble, nous n'obtenons que 15 à 17% de la quantité totale de matière nécessaire pour expliquer la gravité. Pour le reste du mouvement que nous voyons, nous avons besoin d'une forme de matière qui non seulement diffère des protons, des neutrons et des électrons, mais qui ne correspond également à aucune particule connue du modèle standard. Nous avons besoin d'une sorte de matière noire.
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Un petit groupe de scientifiques est contre l'ajout d'une sorte de source de masse invisible, mais pour changer les lois de la gravité. Un tel modèle présente des difficultés, notamment l'incapacité de reproduire l'ensemble complet des observations, y compris le mouvement des galaxies individuelles en amas, le fond cosmique des micro-ondes, les collisions d'amas de galaxies et le réseau cosmique géant de la structure observée à grande échelle de l'Univers. Il existe également un autre élément de preuve important qui indique l'existence de matière noire. Vous serez surpris, mais c'est notre existence.
Cela vous surprendra que nous ayons non seulement besoin de matière noire pour expliquer les phénomènes astrophysiques comme la rotation galactique, le mouvement des amas et leurs collisions, mais aussi pour expliquer l'origine même de la vie.
Pour comprendre pourquoi, vous devez vous rappeler que l'Univers a commencé avec un état chaud et dense - le Big Bang - lorsque tout était sous la forme d'une mer pratiquement homogène de particules séparées, libres et de haute énergie. Au fur et à mesure que l'Univers se refroidissait et se développait, des protons, des neutrons et les noyaux les plus légers (hydrogène, hélium, deutérium et un peu de lithium) se sont formés, mais rien d'autre. Il y a seulement des dizaines ou des centaines de millions d'années, cette matière s'est effondrée en régions suffisamment denses pour former des étoiles et, enfin, des galaxies.
Tout cela se serait produit, quoique d'une manière légèrement différente, avec ou sans matière noire. Mais pour que les éléments nécessaires à la vie prolifèrent en abondance - carbone, oxygène, azote, phosphore, soufre - ils doivent être fondus dans les noyaux des étoiles les plus massives de l'univers. Cela ne nous fait ni chaud ni froid; pour qu'ils forment des planètes solides, des molécules organiques et de la vie, ils doivent d'abord jeter ces atomes lourds dans le milieu interstellaire, où ils redeviendront des étoiles, déjà par les prochaines générations. Cela nécessite une explosion de supernova.
Nous avons observé ces explosions en détail et savons, en particulier, à quelle vitesse ce matériau est éjecté des étoiles dans leurs affres de la mort: à des milliers de kilomètres par seconde. (Les restes de la supernova Cas A ont éjecté du matériel à des vitesses de 5000 et même 14 500 km / s!). Bien que ce nombre puisse sembler faible, surtout compte tenu de la vitesse de la lumière, rappelez-vous que notre propre étoile est en orbite dans la Voie lactée à une vitesse de seulement 220 km / s. Si le Soleil tournait au moins trois fois plus vite, nous serions déjà en dehors de l'attraction gravitationnelle de notre galaxie - nous serions rejetés.
Les restes de supernova éjectent de la matière plus lourde, mais grâce à la puissante attraction gravitationnelle d'un halo de matière noire diffus et allongé, nous détiendrons la majeure partie de cette masse à l'intérieur de notre propre galaxie. Au fil du temps, la matière retournera à des régions normales riches en matière normale, formera des nuages moléculaires neutres et formera la base des générations suivantes d'étoiles, de planètes et, plus intéressant encore, de combinaisons moléculaires organiques.
Mais sans l'attraction supplémentaire du halo massif de matière noire entourant la galaxie, la grande majorité du matériel éjecté d'une supernova quitterait la galaxie pour toujours. Il flottera toujours dans l'environnement intergalactique, mais il ne fera jamais partie des générations futures de systèmes stellaires. Dans l'Univers sans matière noire, nous aurions des étoiles et des galaxies, mais les planètes ne seraient que des géantes gazeuses, pas de mondes solides, pas d'eau liquide et la vie existerait également. Sans l'abondance d'éléments lourds fournis par des générations d'étoiles massives, la vie moléculaire n'existerait jamais.
Il s'avère que le halo massif de matière noire entourant notre galaxie, qui a permis l'émergence de la vie à base de carbone, qui a choisi la Terre comme sa maison - ou autre chose - mérite d'être remercié pour tout cela. En plongeant de plus en plus profondément dans les principes de l'univers, nous comprenons que la matière noire est absolument nécessaire à l'apparition de la vie. Sans cela, il n'y aurait pas de chimie, d'éléments complexes, de biologie, de planètes solides, de vie - et nous.
ILYA KHEL