Matière noire : un univers de mauviettes ou de nabots ?

Sur certains problèmes, les physiciens peuvent juste déclarer «Nous savons que nous ne savons rien». Cʼest le cas de la matière et de lʼénergie noires. Additionnez vos voisins à tous les êtres vivants, à la Terre, aux autres planètes, rajoutez toutes les étoiles de lʼunivers et là vous obtenez... seulement 5% de la masse de lʼunivers ! Un peu décevant. En effet les physiciens pensent que tout le reste est composé de matière et dʼénergie dites «noires» ou «sombres». Une autre façon de dire quʼon ne sait strictement rien à leur propos !

Mais nous sommes peut-être à lʼaube dʼun changement profond dans notre vision de lʼunivers, ces derniers mois ont été fertiles : des chercheurs européens ont annoncé avoir observé 67 particules de matière noire et, dʼautre part, une publication américaine a présenté une façon simple et révolutionnaire de détecter cette matière furtive.

Les mauviettes à la rescousse

Les physiciens ont de nombreuses preuves que la matière noire existe, la plupart venant de lʼobservation du mouvement des galaxies. Pourtant, ils nʼont que des hypothèses sur sa nature. Une petite part pourrait être constituée dʼétoiles ratées qui nʼémettraient presque pas de lumière. Mais le candidat chéri des physiciens est le WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), ce qui veut dire en anglais «mauviette».

La raison de ce nom peu flatteur vient du fait que cette particule nʼinteragit presque pas avec la matière habituelle (celle que lʼon peut voir). Dʼoù la très grande difficulté de les observer, car nos détecteurs sont bien sûr constitués de matière ordinaire. Cʼest un peu comme si vous vous serviez dʼune passoire plongée dans une rivière pour remplir un bol, vous allez y arriver, mais très lentement!

Des physiciens motivés ont alors construit un détecteur, appelé CRESST-II, à 1400 m sous la chaîne de montagnes des Appenins en Italie. Cette immense quantité de roche joue le rôle de filtre en arrêtant les particules plus légères quʼon ne souhaite pas détecter. Il aura fallu deux ans pour mesurer seulement 67 «traces» de ces supposées WIMPS.

Cʼest une étape importante dans lʼétude de la matière noire mais du travail reste à faire avant la véritable annonce dʼune découverte. Car les résultats dʼautres chercheurs à travers le monde ne sont pas univoques : certains sont en accord avec le groupe du CRESST, mais dʼautres ont trouvé des WIMPS aux caractéristques différentes, ou bien pas de WIMPS du tout...

Une rencontre cosmique exceptionnelle

Mais si on voyait plus grand ? Quittons nos montagnes pour lʼespace. Des milliards de milliards dʼétoiles. Parmi elles, tapis dans lʼombre, pourraient se cacher des trous noirs primordiaux. Pas le genre monstre géant et affamé comme celui qui réside au milieu de notre galaxie, mais plutôt le genre nabot essouflé. Ces trous noirs se seraient formés peu après la naissance de lʼunivers et seraient tout petits mais suffisamment massifs pour être de bons candidats à la matière noire. Ils interagissent aussi très peu avec leur environnement et sont donc difficiles à voir sauf... sʼils traversent une étoile !

Cʼest lʼidée quʼont eu des chercheurs américains. Car lʼeffet de cette petite boule de matière ultra concentrée passant à travers une étoile ou même simplement à proximité serait observable car lʼétoile serait alors légèrement déformée. Lʼun des chercheurs résume ainsi : «Si vous tapotez du doigt un ballon rempli dʼeau, les ondulations de lʼeau à lʼintérieur sont similaires à ce qui se passerait à la surface de lʼétoile.» Vous pouvez voir sur ces vidéos les simulations par ordinateur réalisées par lʼéquipe :

http://www.princeton.edu/~hanasoge/vr.2.MT.mpg
http://www.princeton.edu/%7Ehanasoge/vr.2.SS.mpg

Une part du génie de cette idée vient aussi de son coût : presque nul ! En effet, de nombreux satellites sont déjà en train dʼobserver un grand nombre dʼétoiles, il nʼy a quʼà analyser leur observations pour chercher des traces de ces petits monstres.

Le lien vers le site de lʼuniversité de Princeton (pour les trous noirs primordiaux) :
http://www.princeton.edu/main/news/archive/S31/64/44M13/index.xml?section=topstories

Un article plus détaillé sur la détection des WIMPS : http://www.sciencenews.org/view/
generic/id/334275/title/Hints_of_dark_matter_reported%2C_again

Première publication de cet article : 6 décembre 2011.