Matière noire : être ou ne pas être, éternelle question

Presque un siècle qu'on a postulé son existence, et plusieurs décennies qu'on repère ses effets. Et pourtant… la matière noire existe-t-elle vraiment ? Ou faut-il l'inscrire au catalogue des plus beaux mirages scientifiques ? Les astrophysiciens mettent au point les expériences de la dernière chance.

Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°209 daté avril/ juin 2022.

En ce début des années 1930, l'astronome américano-suisse Fritz Zwicky observe dans son télescope un ballet céleste. Celui de sept galaxies liées par la gravité dans la constellation de la Chevelure de Bérénice. Zwicky cherche à déterminer leur masse, et utilise pour cela deux méthodes : logiquement, elles devraient donner un résultat similaire… La première repose sur la mesure de la lumière émise par ces galaxies, la seconde sur la mesure de leurs vitesses les unes par rapport aux autres. Problème : les résultats ne concordent pas. La masse déduite des vitesses est beaucoup plus élevée - 400 fois plus ! - que celle déduite de la lumière. Certaines des galaxies sont si rapides que l'amas devrait se disloquer… sauf si, imagine Zwicky, une "matière noire" invisible maintient sa cohésion.

Zwicky a un caractère notoirement effroyable - il aurait traité ses collègues de "crétins sphériques", car il les trouvait stupides sous tout point de vue. Est-ce pour cela que son hypothèse apparemment extravagante ne trouve pas crédit auprès de la communauté des astronomes ? Possible. Surtout, les instruments ne sont pas encore assez précis pour éliminer des erreurs de mesure. Quarante ans plus tard, lorsque l'Américaine Vera Rubin observera une trentaine d'autres galaxies, ses mesures seront bien moins incertaines. Et elle constatera une chose surprenante : les étoiles les plus éloignées du centre de leur galaxie tournent beaucoup plus vite que prévu, et devraient par conséquent en être éjectées… ce qui n'est pas le cas. Là encore, il semble qu'une matière invisible soit à l'œuvre… Débute alors une traque extraordinaire qui mobilise tous les instruments de la planète, les théories les plus originales, sans résultat tangible jusqu'à présent.

Si la matière noire reste invisible, elle ne peut pourtant s'empêcher de se trahir, en exerçant une influence gravitationnelle sur la matière [...]

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