[Matière noire : les calculs ne sont pas bons, Kepler ?]

En 1933, Fritz Zwicky, un astrophysicien suisse travaillant aux États-Unis, est la première personne à suggérer, à la suite d’observations, que de la matière manquerait entre les galaxies.

L’idée tombe dans l’oubli et c’est Vera Rubin qui publie, en 1970, un article confirmant cette possibilité : en analysant, entre autres, la rotation de la galaxie Andromède (notre plus proche voisine), la chercheuse prend conscience que les étoiles périphériques tournent beaucoup trop vite ! La loi de vitesse, dite de Kepler, indique pourtant que plus un astre est éloigné du centre de rotation, plus il doit tourner lentement, à l’instar des planètes du système solaire, où à titre d’exemple, Uranus, qui est 19,2 fois plus éloignée du Soleil que la Terre met environ 84 années terrestres pour en faire le tour.

Touillez votre café, regardez la mousse, c’est à peu près ce qu’observe la scientifique : la crème tourne presque d’un seul bloc, comme si elle était « rigide ». Or, si dans une tasse, la tension superficielle et les bords permettent d’éviter que la force centrifuge ne vienne déchirer la fine couche aromatique de notre café, il n’en est rien dans le vide interstellaire.

Grâce à Vera Rubin, on comprend alors qu’il manque quelque chose dans la balance :

• soit les modèles mathématiques deviennent faux à faible accélération ou à grande échelle,
• soit il existe des amas de corps massifs qui sont insensibles à la lumière, d’où l’appellation de matière noire.

Les scientifiques, à l’instar de Françoise Combes (première astrophysicienne à entrer à l’Académie des sciences), ont bien proposé quelques ajustements de modèle, comme la théorie MOND (Modified Newtonian Dynamics) qui est une modification de la loi de gravitation universelle de Newton, sans toutefois trouver de modèle mathématique miracle applicable à toutes les échelles de distances.

Certaines galaxies naines, comme NGC 1052-DF2, semblent tourner en accord avec les prédictions Keplériennes sans nécessiter de matière noire. Attention, cela ne signifie pas que la matière noire n’existe pas, mais plutôt que les lois de la mécanique céleste actuellement connues ne sont pas nécessairement à remettre en question, étant donné qu’elles s’appliquent à au moins quelques galaxies.

Par ailleurs, l’analyse du signal GW190728, détecté le 28 juillet 2019 par les grands détecteurs d’ondes gravitationnelles – les ondes d’espace-temps prédites par Einstein – nommés LIGO, Virgo et KAGRA, a montré que la présence possible de matière noire environnant la fusion de deux trous noirs pourrait expliquer la forme de l’onde gravitationnelle reçue par les détecteurs. Ce serait une mise en évidence indirecte de l’existence de matière noire.

Enfin, beaucoup plus récemment, les chercheurs travaillant sur l’expérience Lux-Zeplin (LZ) semblent avoir détecté la présence directe de « WIMPS », ces particules massives interagissant faiblement avec la matière et la lumière, tout en étant sensibles à la gravité, et sont d’excellents candidats à la matière noire. Si d’autres expériences de ce type doivent confirmer de tels résultats, c’est la première fois que les chercheurs perçoivent une lumière au bout du tunnel si sombre qu’est le mystère de la matière noire !