Omniprésente et invisible, la théorie de la matière noire régit l’ensemble de notre modèle cosmologique, et pourtant, nous restons incapables de mettre la main dessus. Comme elle n’interagit pas avec la matière ordinaire, la matière noire demeure complètement inaccessible, alors même que son influence se fait sentir dans la structuration des galaxies.
Pour mettre la main dessus, une des pistes est de savoir si elle obéit aux lois de la physique que nous connaissons. En d’autres termes, est-ce qu’elle réagit à la gravité de la même manière que la matière visible ? Ou est-ce que d’autres forces inconnues dirigent son comportement ?
Quatre forces pour les gouverner tous
Pour le savoir, des chercheurs de l’Université de Genève (Unige) sont allés voir très loin puisqu’ils se sont intéressés aux mouvements des galaxies à travers l’Univers. Ils publient leurs résultats dans une étude parue dans la revue Nature Communications, dans laquelle ils étudient notamment les puits gravitationnels.
L’idée est la suivante : des objets extrêmement massifs sont capables de déformer l’espace-temps, formant des sortes de puits dans lesquels tombent les planètes, les étoiles, et même les galaxies. Toute cette matière visible obéit aux quatre forces fondamentales : la gravité, l’interaction nucléaire forte qui assure la cohésion des atomes, l’interaction nucléaire faible pour les particules subatomiques, et l’interaction électromagnétique, responsable de la lumière, et transportée par les photons.
La question est de savoir si, face à ces puits gravitationnels, la matière noire tombe comme la matière ordinaire, et répond « convenablement » à toutes ces lois. Pour le savoir, ils ont étudié les mouvements des galaxies, supposées être constituées en majorité de matière noire. Si les lois de la physique sont respectées, elles devraient se diriger vers le puits exactement comme le font les étoiles composées de matière visible.
Une cinquième force ? Peut-être, mais elle est discrète
Et la réponse est oui. Avec leurs calculs, les scientifiques ont considéré qu’il n’y avait pas de cinquième force qui gouvernerait le mouvement de la matière noire, tout semble cohérent avec les connaissances physiques dont nous disposons. Cela dit, la réponse n’est pas si définitive que cela.
Comme le reconnaissent les auteurs, ils ne sont pas à l’abri de rater quelque chose, puisque leurs observations peuvent manquer de précision. Ce qu’ils peuvent affirmer, c’est que si une cinquième force est à l’œuvre, elle est suffisamment faible pour passer inaperçue au vu de la qualité des observations. Elle ne devrait pas dépasser 7 % de la force gravitationnelle, et influerait donc très peu sur les mouvements des galaxies.
Comment diminuer ce niveau d’incertitude ? La prochaine étape serait d’obtenir des données plus solides. Pour cela, les chercheurs comptent sur des observations de la part de l’observatoire Vera C. Rubin, bien plus performant, ainsi que de DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), spécialisé sur la matière noire. De futures observations sont prévues et pourraient détecter une force qui serait jusqu’à 2% de celle de la gravité.
Avec ces mesures, les chercheurs espèrent découvrir une incohérence dans le comportement de la matière noire, qui pourrait nous aider à enfin mettre le doigt dessus.
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