mise à jour le 24 Novembre 2004

 

CONFÉRENCE DE ALAIN BOUQUET,
Chercheur au Collège de France CNRS & Paris 7,
 "L'ÉNIGME DE LA MATIÈRE NOIRE"

LORS DES RENCONTRES DU CIEL ET DE L'ESPACE

Organisée par l'AFA (Association Française d'Astronomie)
 à la Cité des Sciences de Paris

 

Le 14 Novembre 2004

 

Photos : JPM.

 

BREF COMPTE RENDU

 

Alain Bouquet est chercheur au Laboratoire de Physique Corpusculaire et de Cosmologie du Collège de France, à Paris. Ce laboratoire est commun au Collège de France et au CNRS [Centre National de la Recherche Scientifique], et plus précisément à l'Institut de Physique Nucléaire et de Physique des Particules [IN2P3] qui est un des départements du CNRS.

Il a commencé sa carrière scientifique en physique des particules et à ses conséquences astronomiques et cosmologiques.

 

Comme le dit notre sympathique conférencier "on vit un age d'or de la cosmologie, les données venant de sources les plus variées confirment le Big Bang".

Mais la composition de l'univers est inattendue, 95% en est inconnue.

Notre univers serait composé de :

25% de matière noire ou sombre (dark matter en anglais)

70% d'énergie noire ou sombre (dark energy en anglais)

5% c'est nous!

 

 

Et comme le dit Alain Bouquet, est-ce bien raisonnable?

 

 

 

 

OUI c'est raisonnable

NON ce n'est pas raisonnable

Rien n'interdit que la matière connue soit en minorité, la Terre n'est pas le centre du monde, ni même notre galaxie

Il n'y a aucune indication directe de la matière sombre ou de l'énergie sombre

Les autres prédictions de la théorie du BB se sont vérifiées

On ne constate que des effets par action gravitationnelle sur la matière "conventionnelle"

Pourquoi pas?

Peut être ne comprenons nous pas bien la gravitation?

 

Bref nous devons poursuivre.

 

ÉNERGIE SOMBRE

MATIÈRE NOIRE

70% du bilan énergétique

25% du bilan énergétique

Répartition uniforme dans l'univers

Répartie comme les étoiles mais plus diffus

Répulsion gravitationnelle

Analogue à la matière ordinaire (attraction)

Ressemble à la constante cosmologique d'Einstein

Longues liste de candidats potentiels

 

 

Si on a une très vague idée de l'énergie sombre , qui serait liée à une forme d'énergie antigravitante; la matière noire ou sombre, on ne sait pas encore bien ce que c'est, le narrateur va essayer de nous éclairer (sans mauvais jeu de mots!!!).

 

La matière noire est un concept qui avait été introduit par Fritz Zwicky(c'est lui qui a rajouté "super" à nova et aussi celui qui a fait passer les tests de "bon citoyen" à W Von Braun lors de son entrée aux USA, détail moins connu du grand public) dans les années 1933.

 

Il mesure la vitesse de quelques galaxies du Coma ainsi que leurs distances, il en déduit qu'elles sont 100à 500 fois plus massives que la masse totale évaluée de l'amas.

Il est surpris et à cette occasion suppose qu'une matière noire invisible serait présente. Il avait raison, mais son caractère épouvantable lui jouait des mauvais tours dans la communauté scientifique, il n'est pas pris au sérieux. Aussi il faudra attendre près de 30 ans avant que ses idées ne soient admises.

 

Ce sera la cas à partir des années 1970, avec de meilleurs instruments et des satellites spatiaux dans les domaines X et radio.

On peut étudier plus précisément la courbe de rotation des galaxies et les amas de galaxies sont mesurés aussi avec plus de précision, et….. Zwicky avait raison. Il y a beaucoup de matière noire.

La confirmation vint des amas de Abell 2029 aux rayons X par Chandra, l'observatoire spatial, où l'on put comparer en optique et en X qu'il y avait beaucoup plus de nuages de gaz que d'étoiles.

 

 

 

La matière noire n'est pas parmi nous, non, il faut aller à l'échelle des galaxies pour en trouver. Plus on est loin du centre des galaxies plus il y aurait de cette matière sombre.

En fait une galaxie serait un îlot au milieu d'une masse de matière noire, le sommet d'un iceberg cosmique!!

 

Mais alors quelle est la nature de cette matière noire (ou sombre)?

Ce pourrait être de la matière normale mais obscure, comme les étoiles naines brunes mais certainement pas les neutrinos comme on l'a pensé un temps. Cela va donner naissance aux particules type MACHOS

Ce pourrait être aussi un nouveau type de particules stables

         Soit très légères et très stables ce seraient les AXIONS

         Soit très lourdes et très rares dans ce cas ce sont des WIMPS (en argot anglais : des mauviettes pour ne pas dire plus!)

 

Examinons diverses pistes :

 

Les MACHOS : en 1986 Bodhan Paczynski montre que les machos passant devant une étoile, amplifie passagèrement la luminosité de celle ci. Or on calcule que si les halos étaient plein de machos, une étoile sur 10 millions devraient être amplifiées, alors on a étudié le ciel (en l'occurrence le grand nuage de Magellan) pendant 10 ans en prenant une image chaque nuit.

Résultat : échec, moins de 15% de la Voie Lactée est formée de machos.

 

Les WIMPS, donc on se tourne vers les mauviettes, ce serait une sorte de neutrino lourd que l'on appelle neutralino. Il y en aurait partout, alors comment les détecter? Un peu complexe : détection du recul d'un noyau de Germanium, qui ne peut se faire qu'à l'abri de tous rayonnements parasites, donc dans les profondeurs de la terre. On attend toujours la détection d'une de ces mystérieuse particules. On peut aussi essayer la recherche indirecte : un wimp et un anti wimp devraient s'annihiler et émettre un rayonnement gamma ; c'est le but des détecteurs spatiaux de Integral puis de Glast; au sol c'est la mission HESS de Namibie.

On attend les résultats.

 

Le MOND (Modified Newton Dynamics) : de M Milgrom, qui soutient que les lois de newton ne sont plus valables à grande échelle, d'ou le titre de" modifiée". Mais c'est un modèle contesté et qui ne fonctionne pas au delà des galaxies, alors…

 

Les lentilles gravitationnelles (voir absolument ce site de l'ESA qui explique le principe de cet effet) : comme celles mises en jeu pour Abell 1689 de Hubble. Les arcs bleus sont les images distordues de cette galaxie lointaine et qui peuvent servir à reconstruire la galaxie d'origine. L'effet de lentille gravitationnelle (gravitational lens en anglais) de cette photo prouve la présence de matière sombre.

De plus cette image démontre parfaitement la théorie d'Einstein que la gravité courbe l'espace (gravity warps space en anglais).

 

 

Toutes ces remarques conduisent à la même conclusion : l'essentiel de la matière est en dehors des galaxies!!!

 

Comme on le voit sur cette diapo d'Alain Bouquet : il y a bien plus de gaz que d'étoiles, mais bien plus de matière noire que de gaz.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Notre conférencier, nous introduit maintenant le Triangle Cosmique (originellement défini par N. Bahcall (Princeton), J.P. Ostriker (Princeton), P. J. Steinhardt
(Princeton) et Saul Perlmutter de Berkeley) basé sur 3 paramètres

 

 

 

Cela correspond aux observations qui tombent dans 3 grandes catégories et qui peuvent être représentées par ce triangle.

 

En rouge : le rayonnement cosmologique

En vert les amas de galaxies

En jaune les supernovas

 

Là je me sens un peu "limite" et ceux qui veulent aller plus loin doivent lire cet article an anglais de MSNBC sur le sujet.

 

Tous les modèles d'univers doivent être dans la zone commune de ces 3 zones.

 

On a de la chance, il existe une zone commune!

 

 

Il faut de la matière noire car :

         Les inhomogénéités du bruit de fond cosmologique sont seulement de 1/100.000°K au départ

         La pression de rayonnement empêche la concentration pendant 300.000 ans approximativement

         Ensuite, l'expansion de l'Univers freine la concentration de la matière

Pour que nos modèles d'Univers marchent, il faut donc PLUS DE MATIÈRE "froide" qui ne soit pas associée à la lumière et qui soit "lourde".

En fait quelque chose qui ressemble aux Wimps.

 

En conclusion :

La matière noire (ou sombre) semble omniprésente à l'échelle des galaxies, des amas de galaxies et de tout l'univers visible

Elle suit la distribution de matière lumineuse mais elle est moins concentrée (moins d'interaction?)

Elle n'a pas été détecté autrement que par ses effets gravitationnels sur la lumière

Peut être doit on réexaminer la loi de la gravitation

Alors il faudrait tout revoir et cela c'est une autre histoire…………..

 

 

 

 

 

 

 

RÉFÉRENCES À CONSULTER :

 

JC Boulay sur la matière noire : une référence comme d'habitude.

 

Sur le triangle cosmique, article en français de Ciel et Espace.

 

Pour initiés seulement le site de Berkeley sur le sujet en anglais.

 

 

Livres et magazines :

 

 

Livre de Alain bouquet

Matière noire - et autres cachotteries de l'univers
Dunod - Quai des sciences 2003   

 2.9 €  206 pages

 

lire critique sur ce livre.

 

 

 

 

 

Ne pas oublier le numéro spécial de Pour la Science (Oct Dec 2004) "L'Histoire de l'Univers" qui traite notamment de ces sujets.

Il y a en particulier les articles suivants :

         Le côté obscur de la matière par David Cline qui explique les notions de matière et énergie sombres

         La matière noire existe-t-elle vraiment par M Milgom dont notre conférencier a parlé

         La face répulsive de la gravité par Adam Riess sur l'évolution de l'univers.

À posséder absolument, ne soyez pas radin cela vaut les 6,90€, voir la présentation de ce magazine qui en a été faite ICI.

 

 

 

 

 

Bon ciel à tous

 

 

Jean Pierre Martin   www.planetastronomy.com