Qu’est-ce que la matière noire ?

La matière noire (à ne pas confondre avec les trous noirs) constitue l'une des énigmes les plus intrigantes de la cosmologie moderne. Elle est invisible et indétectable par les moyens traditionnels et pourtant, selon les scientifiques qui se sont penchés sur son existence, elle représenterait environ 26,8 % de la composition totale de l'Univers. Cela surpasse largement la matière visible et ordinaire qui n'en constitue que 4,9 %, le reste étant composé d’énergie sombre.

La nature exacte de la matière noire demeure inconnue. Elle n'interagit ni avec la lumière, ni même avec les ondes radio, ce qui la rend complètement invisible à nos instruments de détection classiques. Elle exerce cependant une influence gravitationnelle notable sur la matière et la structure de l'Univers observable. C’est d’ailleurs cette interaction qu’elle a avec le visible qui a permis de déduire son existence.

Les premières suspicions concernant la matière noire remontent aux années 1930, lorsque l'astronome suisse Fritz Zwicky observa que les galaxies au sein des amas se déplaçaient à des vitesses telles que, selon les lois connues de la physique et de l’astrophysique, elles auraient dû les quitter depuis longtemps pour s’éparpiller un peu partout dans l’Univers. En effet, la gravité issue de la matière qui y était observée ne devrait normalement pas suffire à les maintenir ensemble. Il en déduisit l'existence d'une masse manquante à l’influence réelle, mais qui serait totalement invisible pour nous. Hélas, cette théorie tomba dans l’oubli et il faudra attendre 1970 pour que les travaux de l'astronome américaine Vera Rubin viennent conforter l’intuition de Fritz Zwicky. C’est elle qui popularisa l’idée de masse manquante, bientôt appelée “matière noire”, auprès de la communauté scientifique et qui la poussa à s’intéresser au sujet.

Aujourd’hui, plusieurs hypothèses sont avancées pour expliquer la composition de la matière noire, l'une des plus étudiées étant celle des particules massives interagissant faiblement, ou WIMPs pour “Weakly Interacting Massive Particles” en anglais. Ce sont des particules hypothétiques qui seraient massives et qui n'interagiraient avec la matière ordinaire que par la force gravitationnelle et l'interaction faible (l’une des 4 interactions fondamentales). La théorie a identifié 3 particules élémentaires plausibles pouvant constituer la matière noire : les neutralinos, les photinos et les gravitinos.

À part les WIMPs enfin, les chercheurs creusent également du côté des axions, une autre famille de particules hypothétiques, pour expliquer la matière noire.