La grande majorité de la masse de notre univers est invisible. Et depuis un certain temps, les physiciens essaient de comprendre ce qu'est cette masse insaisissable. S'il est composé de particules, l'espoir est que le grand collisionneur de hadrons puisse produire une particule de matière noire, ou le télescope spatial verra la signature éloquente des rayons gamma d'une collision de matière noire. Jusqu'à présent, il n'y a rien. Et ce problème pousse les physiciens théoriciens à réfléchir à de nouvelles idées.
En 2017, la physicienne théorique renommée Lisa Randall a jeté un coup d'œil sur l'une des possibilités les plus incroyables de la matière noire. Hypothétique, bien sûr. Plutôt que de traiter la matière noire comme un type particulier de particule, elle a supposé que la matière noire pouvait être constituée de toute une famille de particules qui composent les étoiles sombres, les galaxies sombres, les planètes sombres et peut-être la vie sombre. La chimie de l'univers sombre pourrait être aussi riche et variée que notre propre «chimie régulière».
Mais ce n'est pas si simple.
Problème de matière noire
Notre univers est un endroit étonnant, quoique incompréhensible.
Au cours des dernières décennies, nous avons réalisé que 84,5% de la matière dans l'Univers ne pouvait pas être vue. Compte tenu de son surnom plutôt maladroit de «matière noire», cette substance est dans un état dans lequel elle n'interagit pas avec la matière «normale». Comme l'énergie noire, ces choses sont «sombres» parce que nous ne les comprenons pas.
S'il y a un morceau de matière noire sur mon bureau maintenant, je ne le saurai jamais. Un morceau de matière noire en général, en tant que tel, ne peut pas reposer sur mon bureau. Il tombera à travers la table, et le sol et la croûte terrestre se précipiteront dans le puits de gravité au cœur de notre planète. Ou il disparaîtra dans l'espace de manière incompréhensible. La matière noire interagit si faiblement avec tout ce que cette pièce tombera simplement à travers la matière ordinaire comme si elle n'existait pas.
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À petite échelle, la manifestation gravitationnelle de la matière noire est négligeable, mais à des distances cosmologiques, la présence de matière noire est définitivement ressentie - elle peut être observée indirectement par son effet gravitationnel sur les amas de galaxies et son effet sur la rotation des galaxies. Nous savons qu'il existe, nous ne le voyons tout simplement pas.
Et nous ne savons pas ce que c'est. On ne peut que deviner.
La matière ordinaire - alias matière baryonique - interagit par le biais de forces électromagnétiques, gravitationnelles, fortes et faibles. Ces forces transfèrent l'énergie et structurent toute matière. La matière noire, en revanche, est généralement considérée comme un nuage amorphe de «matière» qui ne peut pas interagir par des forces électromagnétiques, faibles ou fortes. Par conséquent, la matière noire est supposée être "non baryonique". La matière non baryonique ne peut révéler sa présence que par gravitation.
Le principal candidat dans la recherche de matière noire est WIMP, une particule massive à faible interaction. Comme le nom du WIMP l'indique, cette particule hypothétique n'interagit pas avec la matière normale - elle n'est donc pas baryonique.
Les modèles cosmologiques établis prédisent que la matière noire - que ce soit sous la forme de WIMP ou d '"axions", par exemple - dote notre Univers de structure et est généralement appelée de manière simpliste la "colle" qui maintient notre Univers dans son ensemble.
En observant la rotation des galaxies, l'astronome Vera Rubin a remarqué que la majeure partie de la matière dans les galaxies n'est pas observable. Seul un petit pourcentage est visible - étoiles, gaz et poussière; le reste se cache dans un halo énorme mais invisible de matière noire. C'est comme si notre galaxie visible de matière ordinaire n'était qu'un capot sur une énorme roue de matière noire qui s'étend bien au-delà de ce que nous pouvons voir.
Dans un article récemment publié (2013), Randall et ses collègues ont présenté une forme plus complexe de matière noire. Selon eux, le halo de matière noire de notre galaxie ne consiste pas en un seul type de masse amorphe de matière non baryonique.
«Il semble très étrange de supposer que toute la matière noire est composée d'un seul type de particule», écrit Randall. "Un scientifique impartial ne devrait pas permettre à la matière noire d'être aussi diversifiée que notre matière normale."
Un riche «univers d'ombre»?
Tout comme notre univers visible est régi par le modèle standard de physique - une famille bien testée de particules (y compris le tristement célèbre boson de Higgs) et de forces, un modèle riche et varié de particules et de forces de matière noire pourrait-il fonctionner dans un halo galactique sombre?
Cette recherche suit la logique de l'hypothèse d'une riche variété de physique inconnue dans le secteur sombre de l'univers - appelons cela «l'univers de l'ombre» - qui est parallèle au nôtre et possède toutes les complexités que notre univers visible a à offrir.
Les astrophysiciens ont précédemment suggéré que des "étoiles noires" - des étoiles faites de matière noire - peuvent exister dans notre ancien univers jusqu'à ce jour. Si tel est le cas, soutient Randall, peut-être que des "planètes noires" pourraient se former. Et s'il existe une famille de particules de matière noire contrôlée par des forces déployées dans le secteur sombre, cela pourrait-il conduire à une chimie complexe? Et à la vie?
Cependant, si la vie «sombre» ou «ombre» existe parallèlement à notre univers, vous pouvez oublier que nous pouvons la détecter.
La vie dans l'ombre restera dans l'ombre
Il semble tentant d'utiliser cette hypothèse pour expliquer tous les mystères quotidiens, voire les affirmations paranormales, que la science ne peut ni contester ni soutenir. Et si les «fantômes» ou les «lumières inexplicables dans le ciel» étaient les singeries des créatures sombres vivant à l'arrière de tout?
Bien que cette logique convienne pour une émission de télévision ou un film, ces créatures sombres vivraient dans un univers sombre totalement incompatible avec la matière ordinaire. Leurs particules et leurs forces n'auraient aucun effet dans notre univers. Vous pourriez lire ces lignes assis sur une souche d'arbre dans une forêt sombre, et vous ne le sauriez jamais.
Mais puisque nous coexistons avec cet univers d'ombre dans le même espace-temps - pas de dimensions supplémentaires ni de multivers - un seul signal peut être transmis.
Les ondes gravitationnelles n'ont été découvertes qu'en 2016, et la première détection de ces ondulations dans l'espace-temps a été provoquée par la collision de trous noirs. Il semble tout à fait possible que des ondes gravitationnelles puissent être détectées dans le secteur sombre, mais seuls les événements cosmiques les plus puissants dans le secteur sombre peuvent être détectés à notre extrémité du fil.
Dans l'ensemble, nous ne prouverons presque certainement jamais l'existence de créatures mignonnes de matière noire, mais Randall fait valoir un point. Quand nous pensons à la source de la matière noire, nous devons regarder au-delà de nos préjugés; le secteur sombre peut être une famille complexe de particules de matière noire et de forces qui dépassent ce que nous pouvons imaginer.
Ilya Khel
