Les termes énergie noire et matière noire ne sont pas entièrement réussis et représentent une traduction littérale, mais pas sémantique, de l'anglais. Au sens physique, ces termes signifient seulement que ces substances n'interagissent pas avec les photons et qu'elles pourraient tout aussi bien être appelées matière et énergie invisibles ou transparentes.
La matière noire en astronomie et cosmologie, ainsi qu'en physique théorique, est une forme hypothétique de matière qui n'émet ni n'interagit avec le rayonnement électromagnétique. Cette propriété de cette forme de matière rend son observation directe impossible.
La conclusion sur l'existence de la matière noire est faite sur la base de nombreux signes, cohérents les uns avec les autres, mais indirects du comportement des objets astrophysiques et des effets gravitationnels qu'ils créent. La découverte de la nature de la matière noire aidera à résoudre le problème de la masse cachée, qui réside notamment dans la vitesse de rotation anormalement élevée des régions extérieures des galaxies.
Découvrons-en plus sur tout cela …
La matière noire et l'énergie noire ne sont pas visibles à l'œil, mais leur présence a été prouvée par des observations de l'univers. Il y a des milliards d'années, notre univers est né après un Big Bang catastrophique. Alors que l'univers primitif se refroidissait lentement, la vie commença à s'y développer. En conséquence, des étoiles, des galaxies et d'autres parties visibles de celui-ci se sont formées. La taille de notre univers est tout simplement stupéfiante. Par exemple, un Soleil suffit pour éclairer et chauffer un million de planètes comme la Terre. Dans ce cas, le Soleil est une étoile de taille moyenne et notre galaxie se compose à elle seule de 100 milliards d'étoiles. Ce nombre dépasse le nombre de grains de sable sur une petite plage. Cependant, ce n'est pas tout.
Comme vous le savez, l'Univers se compose de plusieurs milliards de galaxies, où une variété de matière existe. Est-il possible que l'une de ces matières soit invisible à l'œil. Très probablement, puisque les résultats d'études récentes ont montré que nous ne pouvons voir qu'un dixième de l'univers. Cela signifie que plus de 90% de la matière ne peut tout simplement pas être examinée par une personne même avec l'utilisation d'un équipement spécial. Les astronomes appellent cette matière sombre.
On sait que la matière noire interagit avec le "lumineux" (baryonique), au moins de manière gravitationnelle, et est un milieu avec une densité cosmologique moyenne plusieurs fois supérieure à la densité des baryons. Ces derniers sont capturés dans les fosses gravitationnelles des concentrations de matière noire. Par conséquent, bien que les particules de matière noire n'interagissent pas avec la lumière, la lumière est émise à partir de là où il y a de la matière noire. Cette propriété remarquable d'instabilité gravitationnelle a permis d'étudier la quantité, l'état et la distribution de la matière noire à partir des données d'observation de la portée radio jusqu'aux rayons X.
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Publiée en 2012, une étude du mouvement de plus de 400 étoiles situées à des distances allant jusqu'à 13 000 années-lumière du Soleil n'a trouvé aucune preuve de la présence de matière noire dans un grand volume d'espace autour du Soleil. Selon les prédictions des théories, la quantité moyenne de matière noire à proximité du Soleil aurait dû être d'environ 0,5 kg dans le volume de la Terre. Cependant, les mesures ont donné une valeur de 0,00 ± 0,06 kg de matière noire dans ce volume. Cela signifie que les tentatives pour enregistrer la matière noire sur Terre, par exemple, avec de rares interactions de particules de matière noire avec de la matière «ordinaire», peuvent difficilement réussir.
Selon les observations de l'Observatoire spatial de Planck publiées en mars 2013, interprétées en tenant compte du modèle cosmologique standard Lambda-CDM, la masse-énergie totale de l'Univers observé est de 4,9% de la matière ordinaire (baryonique), 26,8% de l'obscurité matière et 68,3% de l'énergie noire. Ainsi, l'univers est composé à 95,1% de matière noire et d'énergie noire.
La preuve de l'existence de la matière noire est sa lourdeur - la force de gravité, qui, comme la colle, maintient l'intégrité de l'Univers. Toutes les parties de l'univers sont attirées les unes par les autres. Grâce à cela, les scientifiques ont pu calculer la masse totale de l'Univers visible, ainsi que des indicateurs des forces gravitationnelles. Au cours des calculs, un déséquilibre important de ces paramètres a été mis en évidence, ce qui a donné à penser qu'il existe une matière invisible qui a une certaine masse et est également soumise à la gravité.
L'étude de la matière noire De plus, la preuve de l'existence de la matière noire était son influence gravitationnelle sur d'autres objets, y compris la trajectoire du mouvement des étoiles et des galaxies. De nombreuses galaxies tournent plus vite que prévu. Selon la théorie de la gravité d'A. Einstein, ils devraient voler dans des directions différentes. Cependant, quelque chose d'invisible semble les maintenir ensemble.
De plus, la matière noire peut affecter le chemin de propagation de la lumière. Le phénomène de lentille gravitationnelle a été étudié, qui consiste dans le fait que des objets denses sont capables de réfléchir la lumière d'objets distants, modifiant la trajectoire des flux lumineux. Cela conduit à une distorsion de l'image et à l'apparition de mirages d'étoiles et de galaxies. Les scientifiques enregistrent ces courbes de lumière, mais ne peuvent nommer la nature de ce phénomène.
La matière noire dans notre univers peut exister sous la forme d'objets halo astronomiques massifs (MAGO). Il s'agit notamment des planètes, des lunes, des naines brunes et blanches, des nuages de poussière, des étoiles à neutrons et des trous noirs. En règle générale, ils sont trop petits pour que leur lumière puisse être détectée par les humains, mais leur existence peut être calculée grâce à l'effet gravitationnel sur les flux lumineux. Ces dernières années, les astronomes ont découvert plusieurs types d'objets MAGO. Ils peuvent être constitués à la fois de particules et d'axines baryoniques ordinaires, de neutrines, de wimpils et de matière noire supersymétrique.
Recherche sur la matière noire et l'énergie noire
Alors que l'intérêt pour la matière noire continue de croître, de nouveaux outils émergent pour aider à mieux comprendre ce phénomène mystérieux. Par exemple, le télescope spatial Hubble a fourni des informations très précieuses sur la taille et la masse de l'univers visible. Ces données étaient la première et très importante étape vers l'étude de la vraie quantité de matière noire dans l'univers.
Il est important de comprendre que la structure de l'Univers n'est pas aléatoire et qu'avec l'aide de Hubble, vous pouvez représenter sa structure en détail. On sait avec certitude que les galaxies sont situées en amas, et ces amas sont en super amas. Les superagrégats de corps cosmiques sont situés dans une structure spongieuse avec de vastes vides. Evidemment, la formation d'une telle structure est due à des raisons très spécifiques. Les télescopes à rayons X de l'observatoire Chandra aident à étudier les énormes nuages de gaz chauds dans ces amas. Les scientifiques ont découvert que la matière noire doit également être présente dans ces zones, sinon du gaz s'échapperait de l'amas. De plus, de nouveaux outils sont actuellement en cours de développement qui, au final, aideront à discerner ce côté sombre de l'univers.
Approches et méthodes d'étude des particules de matière noire
À l'heure actuelle, des scientifiques du monde entier tentent de toutes les manières possibles de découvrir ou d'obtenir artificiellement des particules de matière noire dans des conditions terrestres, en utilisant un équipement super-technologique spécialement conçu et de nombreuses méthodes de recherche scientifique différentes, mais jusqu'à présent, tous les travaux n'ont pas été couronnés de succès.
De quoi est fait l'univers
L'une des méthodes consiste à mener des expériences sur des accélérateurs à haute énergie, communément appelés collisionneurs. Les scientifiques, estimant que les particules de matière noire sont 100 à 1000 fois plus lourdes qu'un proton, supposent qu'elles devront être générées lors de la collision de particules ordinaires accélérées à des énergies élevées par un collisionneur. L'essence d'une autre méthode est d'enregistrer les particules de matière noire qui sont tout autour de nous. La principale difficulté pour enregistrer ces particules est qu'elles présentent une très faible interaction avec les particules ordinaires, qui sont intrinsèquement transparentes pour elles. Et pourtant, les particules de matière noire très rarement, mais entrent en collision avec les noyaux atomiques, et il y a un certain espoir, tôt ou tard, d'enregistrer ce phénomène.
Il existe d'autres approches et méthodes pour étudier les particules de matière noire, et lesquelles d'entre elles seront les premières à mener au succès, seul le temps le dira, mais dans tous les cas, la découverte de ces nouvelles particules deviendra une réalisation scientifique majeure.
Substance anti-gravité
L'énergie noire est une substance encore plus inhabituelle que la même matière noire. Il n'a pas la capacité de se rassembler en touffes, ce qui fait qu'il est uniformément réparti dans tout l'univers. Mais sa propriété la plus inhabituelle pour le moment est l'anti-gravité.
Grâce aux méthodes astronomiques modernes, il est possible de déterminer le taux d'expansion de l'Univers à l'heure actuelle et de simuler le processus de son changement plus tôt dans le temps. En conséquence, des informations ont été obtenues selon lesquelles, pour le moment, ainsi que dans un passé récent, notre Univers est en expansion, alors que le rythme de ce processus augmente constamment. C'est pourquoi l'hypothèse sur l'antigravité de l'énergie noire est apparue, puisque l'attraction gravitationnelle habituelle aurait un effet ralentissant sur le processus de "récession des galaxies", en limitant le taux d'expansion de l'Univers. Ce phénomène ne contredit pas la théorie générale de la relativité, mais en même temps, l'énergie sombre doit avoir une pression négative - une propriété qu'aucune des substances actuellement connues ne possède.
Candidats pour le rôle de "Dark Energy"
La masse des galaxies dans l'amas Abel 2744 représente moins de 5% de sa masse totale. Ce gaz est si chaud qu'il ne brille que dans la plage des rayons X (rouge sur cette image). La distribution de la matière noire invisible (représentant environ 75% de la masse de cet amas) est de couleur bleue.
L'un des prétendus candidats au rôle de l'énergie noire est le vide, dont la densité d'énergie reste inchangée lors de l'expansion de l'Univers et confirme ainsi la pression négative du vide. Un autre candidat putatif est la «quintessence» - un champ super faible jusque-là inexploré qui est censé traverser l'univers entier. Il y a aussi d'autres candidats possibles, mais aucun d'entre eux n'a pour le moment contribué à obtenir une réponse précise à la question: qu'est-ce que l'énergie noire? Mais il est déjà clair que l'énergie noire est quelque chose de complètement surnaturel, restant le principal mystère de la physique fondamentale du 21e siècle.