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Qu'est-ce que la matière noire ? Et qu'est-ce que l'énergie noire ? Quelle place occupent-elles dans l'Univers ?" nous demande Paul Monfils sur la page Facebook de Sciences et Avenir. Chaque semaine, nous sélectionnons une question de lecteur à laquelle nous apportons une réponse. Merci pour votre insatiable curiosité.

La matière, tout le monde voit ce que c'est. Elle est constituée d'atomes de différentes natures qui, assemblés entre eux, composent tous les éléments solides, liquides, gazeux ou plasmatiques qui constituent l'Univers. Ces éléments, visibles ou invisibles à nos yeux par les rayonnements qu'ils émettent, ont une masse qu'il est possible de calculer, et qui exerce une force d'attraction gravitationnelle autour d'elle. Une force infime à l'échelle d'un objet, importante quand cette masse est celle d'une planète ou d'une étoile, colossale lorsqu'il s'agit d'un trou noir. Et c'est justement par le calcul de masse et d'attraction gravitationnelle que les astrophysiciens se sont aperçus de la présence d'une "anomalie".

À l'origine de la matière noire, une proposition de l'astronome Fritz Zwicky

Une observation étrange réalisée en 1933 par l'astronome suisse Fritz Zwicky qui avait braqué son télescope vers un amas de galaxies dans l'espoir d'observer des explosions de supernovae. Ce dernier avait alors eu la surprise de constater que les galaxies se déplaçaient à une vitesse de plus d'un million de km/h. Une vitesse si spectaculaire qu'elle devrait théoriquement éjecter les galaxies de l'amas qui les contient si l'on prend en compte la force d'attraction exercée par la matière visible des régions centrales. Pourtant, elles y demeurent en place. Comment expliquer ce paradoxe ? Fritz Zwicky propose une explication simple : pour expliquer cette attraction gravitationnelle plus importante capable de maintenir les galaxies proches les unes des autres, il doit donc y avoir une masse de matière "cachée" plus importante que celle que l'on peut observer avec nos instruments. Il avance alors le terme de "matière noire" pour décrire cet élément mystérieux. En 1970, l'astronome américaine Vera Rubin confirme cette observation et la précise. D'après ses calculs, il manquerait jusqu'à dix fois la masse visible pour retenir ces galaxies.

Mais depuis, les astrophysiciens cherchent, en vain pour le moment, à détecter cette mystérieuse matière noire sous toutes les formes possibles et d'en déterminer la nature.

Le point commun entre matière noire et énergie noire ? La couleur qu'on leur prête !

Et l'énergie noire là-dedans ? S'agit-il de la même chose ? De l'attraction gravitationnelle exercée par la matière noire ? Pas du tout. Le seul point commun entre matière noire et énergie noire est que ce terme "noire" dont le sens est voisin. Quelque chose d'invisible dans le noir de l'espace par nos télescopes, et qui exerce une force dont on peut constater les effets sans en trouver la source et en connaître la véritable nature. Si la matière noire a été invoquée pour expliquer le fait que des galaxies demeurent proches les unes des autres, l'énergie noire est elle invoquée pour expliquer le fait que l'Univers soit en expansion.

En effet, depuis les observations de l'astrophysicien américain Edwin Hubble, dans les années 1930, on sait que les étoiles et les galaxies s'éloignent petit à petit les unes des autres, signe que notre Univers se dilate comme un ballon que l'on gonflerait. Or, si l'on suppose que la force principale qui s'exerce sur les astres massifs (planètes, étoiles, trou noirs...) est la gravitation, cette expansion de l'Univers devrait se ralentir petit à petit sous son effet. En effet, la gravitation est une force attractive ayant pour effet de rapprocher les masses les unes des autres et non de les éloigner. Pourtant... vers la fin des années 1990, les astrophysiciens constatent en réalité que l'expansion de l'Univers ne se fait pas à vitesse constante... elle s'accélère ! Une découverte récompensée d'un prix Nobel en 2011 (S. Perlmutter, B. Schmidt et A. Riess). Là encore, les astrophysiciens ne parvenant pas à expliquer cet état de fait, ont imaginé la présence d'une "énergie noire" qui contrebalance les effets de l'attraction gravitationnelle, voire qui les inverse. Une énergie "dont on ne connaît pour l'instant pas grand chose" reconnaît l'astrophysicien Roland Lehoucq.

Quelle est leur proportion réciproque dans l'Univers ? Seuls des calculs théoriques permettent de répondre à cette question. Les chiffres avancés actuellement estiment que l'énergie noire représente les 2/3 de notre Univers tandis que la matière noire n'en représenterait qu'un peu plus de 25%. "La conséquence des travaux des astrophysiciens du 20e siècle est que 95% du contenu énergétique et massif de l'Univers se présente sous une forme qu'ils déclarent 'noire' et qui en fait est incompréhensible pour l'instant" conclut Roland Lehoucq.

romain.ganteille 19.11.2019 à 19h08@AlainMocchetti, je comprends trés bien le raisonnement, cela me passionne.. , je pense juste que les mots ont aussi leur importance, et qu'une "énergie" est par essence, pour l'humain, quelque chose de "positif" et la philosophie, la métaphysique, les croyances religieuses aussi (même si elles n'ont pas plus de Vérité que la science)...la science ammenant plus de questions que de réponses, et les religions donnent des réponses mais pour n'en tirer que profit et contrôle.. Mais bref je pense qu'il serait peut-être plus avisé et compréhensible de qualifier l'énergie "noire"(noire par : on ne sait pas, on ne peut la voir..) d'énergie "positive" et non "négative", parce qu'elle s'oppose à la MATIERE noire. La matière étant par essence perdante face à l'énergie.. et vous l'expliquez trés bien, l'énergie noire domine la matiere noire.. l'Univers est en expansion.. tout se tient.. l'energie noire : "95% de l'univers connu par la science".. la science a ses limites que la simple logique, la philosophie, le Verbe peut compléter.. et faciliter la compréhension... ;)

francoisj.salomon 03.11.2019 à 18h39

Cela fait plusieurs fois que je pose une question sans succès même pas sûr qu'elle a été lue. Je retente ma chance à tout hasard. Selon la théorie de la relativité générale, l'univers est « déformable » en présence d'une masse et même hors présence d'une masse quand une onde gravitationnelle le parcourt par exemple. Ne pourrait-on pas imaginer que de telles déformations existent localement de manière permanente produisant des irrégularités en « creux » voire des « bosses ». Ces « irrégularités » pourraient avoir été produites lors des premiers temps de l'univers, pendant la phase d'inflation qui a laissée des traces qui ont été mesurées par les satellites cobe, wmap et plus récemment Planck. Ces irrégularités sont présumées être à l'origine des formations des objets de l'univers comme les galaxies. L'hypothèse de la matière noire a été émise suite à la mesure des vitesses des objets périphériques des galaxies qui sont trop grandes par rapport à la loi de Newton et qui compte tenu du poids insuffisant de la galaxie devraient être centrifugés. Si ces irrégularités à l'origine des galaxies étaient des « creux » cela n'expliquerait-il pas la possibilité des ces vitesses élevées ? Au début du big-bang les objets se seraient « coalescées » dans ces « creux » pour constituer les galaxies qui par leur poids auraient « creusé » l'espace-temps. Plus besoin de matière noire pour retenir ces objets périphériques dans ces « creux » malgré leurs vitesses supérieures à celles autorisées par la théorie.

AlainMocchetti 25.05.2018 à 20h58

LES UNIVERS MULTIPLES SONT EN EXPANSION ACCELEREE. L'accélération de l'expansion de l'Univers est le nom donné au phénomène qui voit la vitesse de fuite des galaxies par rapport à la Voie lactée augmenter au cours du temps. Ce phénomène a été mis en évidence en 1998 par deux équipes internationales, le Supernova Cosmology Project, mené par Saul Perlmutter, et le High-Z supernovae search team, mené par Adam Riess, ce qui leur vaudra l'obtention du prix Nobel de physique en 2011. DECOUVERTE La découverte de l'accélération de l'expansion de l'Univers a été faite en mesurant la distance de luminosité d'astres dont la magnitude absolue est supposée connue : les supernovas de type Ia. La relation entre distance de luminosité et décalage vers le rouge de ces objets permet de reconstituer l'histoire de l'expansion de l'Univers sur plusieurs milliards d'années, et de voir de la sorte si l'expansion de l'Univers accélère ou décélère avec le temps. L'accélération ou décélération de l'expansion correspond à l'évolution de la vitesse d'augmentation de la distance relative entre deux galaxies lointaines. EXPLICATION Dans un premier temps, je vais rappeler le Principe Fondamental de la Dynamique, qui dit qu’un Système Matériel (solide, liquide, gaz) est en accélération si il est soumis à des efforts constants (accélération constante) ou des efforts variables en intensité (accélération variable), la résultante des efforts agissant sur une Galaxie sera appelé POUSSEE GALACTIQUE. Les équations et les principes de la MECANIQUE GENERALE nous permettent d’écrire : ((GAMMA(SIGMA/Rg)M = (EFFORTS(SIGMA-BARRE SUR SIGMA))M (1) ((GAMMA(SIGMA/Rg)M = Torseur Dynamique du Système Matériel SIGMA dans son mouvement par rapport à Rg Repère Galiléen (nous choisirons le Repère Héliocentrique de Copernic qui est un Repère considéré Galiléen), Torseur défini en un point M de notre Univers Multiple. Soit PG la Poussée Galactique qui est la RESULTANTE DYNAMIQUE (Résultante des Poussées Galactiques) , soit GA une Galaxie dans le voisinage de la Voie Lactée, nous pouvons écrire PG = MA X GAMMA(GA) (2) avec MA = Masse Totale de la Galaxie (EFFORTS(SIGMA-BARRE SUR SIGMA)M Torseur des Efforts Extérieurs agissant sur SIGMA exprimé au point M défini précédemment. Reste à savoir qu’est-ce qui génère cette POUSSEE GALACTIQUE qui éloigne toutes les Galaxies de la Voie Lactée. Les Scientifiques ont prouvé l’existence de l’ENERGIE NOIRE qui génère cette POUSSEE GALACTIQUE par le biais de la MATIERE NOIRE. Au jour d’aujourd’hui, nous connaissons pas la composition de la MATIERE NOIRE qui semble t il n’a pas une structure moléculaire ni atomique. Des expériences scientifiques ont été menées récemment dans la SSI pour étudier la MATIERE et l’ENERGIE NOIRES. Dans ce qui suit, je me permets de publier un extrait de WIKIPEDIA qui est une EUL (Encyclopédie Universelle en Ligne) : CONSEQUENCES : L'interprétation la plus simple de la découverte de l'accélération de l'expansion de l'Univers est qu'il existe dans l'Univers une forme d'énergie, traditionnellement appelée énergie noire (ou énergie sombre, traduction dans un cas comme dans l'autre du terme anglais dark energy) aux propriétés atypiques, puisque sa pression doit être négative. La nature exacte de cette énergie noire n'est pas connue à ce jour, mais plusieurs candidats possibles existent. Le plus simple d'entre eux est la constante cosmologique, mais il en existe d'autres comme la quintessence. Cependant, aucune détection directe de cette énergie ne semble envisageable à l'heure actuelle, seule son influence à très grande échelle étant mesurable. EXPANSION DE L’UNIVERS implique ENERGIE NOIRE + MATIERE NOIRE (3) Alain Mocchetti Ingénieur en Construction Mécanique & en Automatismes Diplômé Bac +5 Universitaire (1985) UFR Sciences de Metz

alainmocchetti@sfr.fr alainmocchetti@gmail.com @AlainMocchetti

frederic.boucheix 19.01.2020 à 17h42

L énergie noire et la matière noire sont une vaste fumisterie... Qui n a jamais été prouvé... Comme la théorie des cordes... Depuis 20 ans rien... Tous ces pseudos scientifiques ancrés dans leurs pseudos savoir n ont effectués aucun travail prouvant quoi que ce soit... Mise à part ça on ne parle pas du modèle Janus qui est censuré... Partout !! Lamentable...