Tout ce que l'on voit — étoiles, planètes, gaz lumineux — ne représente qu'une petite partie de l'Univers. L'essentiel de sa masse serait fait d'une matière invisible, la matière noire, que l'on ne détecte que par sa gravité.
Chiffres clés
- Matière ordinaire
- ≈ 5 %
- Matière noire
- ≈ 27 %
- Énergie noire
- ≈ 68 %
- Détectée par
- sa gravité (jamais vue)
L'Univers invisible
Quand on additionne toute la matière que l'on voit briller — étoiles, nuages de gaz, galaxies —, on n'obtient qu'une petite fraction de la masse nécessaire pour expliquer ce que l'on observe. Il « manque » énormément de matière. Comme elle n'émet aucune lumière, on l'a baptisée matière noire.
Les galaxies tournent trop vite
La preuve la plus parlante vient de la rotation des galaxies. Les étoiles y tournent autour du centre. Si toute la masse se limitait à la matière visible, les étoiles du bord devraient tourner de plus en plus lentement en s'éloignant du centre — comme les planètes lointaines vont plus lentement autour du Soleil.
Dans de nombreuses galaxies spirales, la vitesse orbitale reste approximativement constante dans les régions externes, au lieu de diminuer comme on l’attendrait à partir de la seule matière ordinaire recensée. Un halo de matière noire permet d’expliquer ces courbes dans le cadre gravitationnel usuel.
D'autres indices convergents
La matière noire ne se trahit pas que par la rotation des galaxies. Sa gravité dévie la lumière des objets lointains (on parle de « mirage gravitationnel »), et c'est elle qui maintient groupés les grands amas de galaxies. Plusieurs observations indépendantes pointent donc vers la même masse manquante.
De quoi est-elle faite ?
La nature de la matière noire reste inconnue. La quantité de matière ordinaire déduite des observations ne suffit pas à l’expliquer : ajouter seulement des étoiles peu lumineuses ou du gaz ne résout pas le problème. Des particules encore inconnues sont recherchées, mais aucune détection directe n’est confirmée. Des théories modifiant la gravitation sont également étudiées et doivent expliquer l’ensemble des observations.
Matière noire et énergie noire
L’énergie noire désigne ce qui explique l’accélération de l’expansion dans le modèle cosmologique standard ; sa nature reste inconnue. Elle ne joue pas le même rôle que la matière noire, qui se regroupe et contribue à la gravité des galaxies. Les parts de 5 %, 27 % et 68 % portent sur le contenu énergétique actuel de l’Univers dans ce modèle, pas sur son volume.
Autrement dit, environ 95 % de l'Univers nous est encore inconnu. C'est à la fois humble et enthousiasmant : les plus grandes découvertes sont peut-être devant nous.