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9 des plus grandes questions sans réponse sur la matière noire

9 des plus grandes questions sans réponse sur la matière noire


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Les questions entourant la matière noire sont parmi les mystères physiques les plus importants de notre époque moderne. L'existence de la matière noire a été initialement proposée par l'astronome néerlandais Jacobus Kapteyn en 1922, en utilisant des recherches sur les vitesses stellaires. Puis, en 1933, Fritz Zwicky a remarqué quelque chose d'étrange dans le lointain amas de galaxies de Coma.

L'astronome suisse américain a découvert que la masse de toutes les étoiles de l'amas de galaxies Coma ne fournissait qu'environ 1% de la masse nécessaire pour empêcher les galaxies d'échapper à l'attraction gravitationnelle de l'amas. En fait, la matière noire était initialement appelée «matière manquante», car les astronomes ne pouvaient pas la trouver en observant l'univers en utilisant n'importe quelle partie du spectre électromagnétique. Ce n'est que dans les années 1970 que l'existence de la matière noire a été officiellement confirmée par les astronomes américains Vera Rubin et W. Kent Ford.

Alors, quel est le battage médiatique actuel autour de la matière noire? Vous l'avez peut-être vu référencé dans des films de science-fiction ou des émissions de télévision ou même lu à ce sujet dans les nouvelles, car la communauté scientifique s'efforce de mieux le comprendre. Une bonne compréhension de cette matière manquante pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre la nature précise de l'univers et peut-être même la fin de notre univers.

La matière noire est bien plus répandue qu'on ne le pense, selon certaines théories. La quantité de matière noire pourrait nous montrer si l'univers est en expansion, ou s'il pourrait s'effondrer dans un futur lointain, ou s'arrêter complètement de bouger. La matière noire pourrait également aider les chercheurs à mieux comprendre le fonctionnement de la gravité ou la formation des galaxies. La liste continue. Cependant, il reste encore de nombreuses questions sans réponse concernant la matière noire qui doivent être abordées avant que les astronomes puissent avancer. Aujourd'hui, c'est ce que nous allons explorer. Commençons.

1. Qu'est-ce que la matière noire exactement?

Si vous n'êtes toujours pas sûr de ce qu'est la matière noire, vous n'êtes pas seul. Bien que de nombreux chercheurs pensent que la matière noire représente 85% de la matière dans l'univers, il n'y a pas encore d'accord sur ce qu'est exactement la matière noire. De plus, plus nous étudions la matière noire, plus les choses semblent devenir obscures. Cependant, il existe deux théories principales sur la nature de la matière noire.

La première est la suggestion que la matière noire est composée d'étoiles mortes ordinaires mais difficiles à voir ou d'énormes objets planétaires froids. Ces objets s'accumuleraient à l'intérieur des galaxies dans un "halo" et sont donc appelés "Massive Compact Halo Objects", ou MACHO.

L'autre théorie populaire est que la matière noire est composée de particules non découvertes qui ont été créées dans le Big Bang et existent partout. Celles-ci sont appelées particules massives à faible interaction ou WIMP. C'est actuellement la théorie principale.

Le physicien Don Lincoln du Laboratoire Fermi du Département américain de l'Énergie a développé cette idée dans son article pour Livescience en déclarant: «Nous n'avons jamais observé directement la matière noire, mais nous en savons beaucoup sur ce qu'elle doit être: elle doit être massive (car elle affecte la rotation des galaxies); elle doit être électriquement neutre (parce que nous ne pouvons pas la voir); elle doit être différente de la matière ordinaire (parce que nous ne voyons aucune preuve qu'elle interagit avec la matière de la manière habituelle), et elle doit être stable (parce qu'il existe depuis l'aube de l'univers). Ces propriétés sont sans équivoque. "

"Cependant, nous ne savons pas exactement ce que c'est. Dans la théorie générique la plus populaire, la particule de matière noire est appelée WIMP, pour les particules massives faiblement interagissantes. Les WIMP sont un peu comme des neutrons lourds (mais certainement pas des neutrons), avec une masse de 10 à 100 fois plus lourde qu'un proton. Ils ont été créés en grande quantité pendant le Big Bang, et un petit reste de relique persiste à ce jour. "

Pourtant, même si ces WIMP sont à peine détectables, ils devraient être partout, et nous devrions pouvoir interagir avec eux d'une manière ou d'une autre. C'était la théorie dominante pendant une longue période de temps. Au fil des décennies, les chercheurs ont construit des machines pour détecter les particules WIMP de matière noire en vain, jusqu'à récemment.

Un détecteur de matière noire en Italie est récemment revenu avec des résultats positifs. Pourtant, l'expérience DAMA est très controversée, comme d'autres détecteurs de matière noire dans le monde, offrant des résultats contradictoires. Pour le moment, nous n'avons pas encore de preuve définitive que ces particules théoriques existent même.

2. La matière noire ne devrait-elle pas interagir avec quelque chose?

Oui absolument. Mais c'est beaucoup plus difficile que vous ne le pensez. Premièrement, les chercheurs ne peuvent étudier la matière noire qu'en voyant comment elle affecte l'univers qui l'entoure. Jusque-là, la seule chose qui a été observée est les effets gravitationnels de la matière noire, qui obscurcit encore davantage nos idées sur le sujet.

D'après des études antérieures sur le phénomène de la matière noire, nous savons qu'il a un impact sur les objets célestes. Mais que faire si la matière noire n'est pas une particule? C'est peut-être un champ? Ou peut-être ne comprenons-nous pas pleinement le fonctionnement de la gravité.

En 2015, les chercheurs ont observé quatre gros amas de ce qu'ils croyaient être de la matière noire entourant quatre galaxies en collision. Leurs observations ont montré que l'un des touffes était étrangement en retard sur sa galaxie. Non seulement cela semblait confirmer que la matière noire affecte les galaxies, mais cela a également démontré que la matière noire pouvait interagir avec d'autres matières noires. Pourtant, nous n'avons pas encore vu si la matière noire interagit avec la matière ordinaire.

3. Existe-t-il un moyen d'étudier correctement la matière noire?

Comme mentionné ci-dessus, les chercheurs ont essayé de détecter des particules de matière noire pendant des années, sans succès. Cependant, si la théorie WIMP est correcte, il serait très difficile de les mesurer correctement. Pourtant, si nous supposons que ces particules voyagent dans l'espace, à un moment donné, la matière noire devrait interagir avec une forme plus familière de matière ordinaire, comme un proton ou un électron.

Pour mesurer cela, les chercheurs ont construit expérience après expérience pour étudier les interactions des particules ordinaires profondément sous terre, où elles sont protégées des rayonnements interférents qui pourraient imiter une collision matière noire-particule. Cependant, même la plus récente expérience chinoise PandaX n'a ​​pas encore produit de résultats concluants. Une théorie dominante pour expliquer cela est que les particules de matière noire sont en fait beaucoup plus petites que les WIMP et donc très difficiles à détecter.

4. La matière noire pourrait-elle être constituée de plus d'une particule?

Cette question a beaucoup de sens. Après tout, la matière ordinaire n'est pas seulement composée de protons et d'électrons. Il contient également une foule de particules «exotiques» telles que des neutrinos, des muons et des pions. Il ne serait pas trop loin de croire que la matière noire a un mélange «exotique» similaire de particules. "Les particules de matière noire seraient essentiellement constituées de" protons sombres "lourds et de" électrons sombres "légers", explique Charles Q. Choi.

«Ils interagiraient bien plus entre eux que les autres particules de matière noire pour former des 'atomes sombres' qui utilisent des 'photons sombres' pour interagir à travers une sorte d '' électromagnétisme sombre ', tout comme les protons et les électrons ordinaires interagissent à travers des photons dans l'électromagnétisme construire les atomes qui constituent la substance de la vie quotidienne. Si les atomes sombres sont possibles, ils pourraient réagir les uns avec les autres pour la chimie sombre, tout comme les atomes ordinaires interagissent chimiquement. "

5. Et les forces obscures?

Non, nous ne parlons pas du Darkside of the Force. Pourtant, cela pourrait fonctionner de la même manière pour tout ce que nous savons. Comme mentionné ci-dessus, la matière noire pourrait être constituée de ce que l'on appelle des particules sombres. La façon dont les protons sombres et les électrons sombres interagissent les uns avec les autres pourrait expliquer pourquoi la matière noire s'agglutine, formant des halos sphériques autour des galaxies, des étoiles et des planètes.

Cela pourrait également ouvrir la possibilité de l'existence de photons sombres. Que sont les photons sombres, demandez-vous? En bref, ce sont des photons échangés entre des particules normales qui donnent naissance à la force électromagnétique, sauf qu'ils ne seraient ressentis que par les particules de matière noire. Des théories comme celles-ci pourraient ouvrir une boîte de Pandore d'un tout autre côté de l'univers.

6. Et si la matière noire était la matière des axiomes?

Alors que certains chercheurs continuent de se concentrer sur la théorie WIMP, à la recherche de particules faibles, l'attention s'est déplacée vers une autre particule, les axiomes. Ce sont des particules ultra-légères, des milliards de fois plus légères que l'électron. Ils sont considérés par certains comme un excellent candidat pour la matière noire, pour de multiples raisons.

Premièrement, leur présence invisible expliquerait pourquoi l'univers est beaucoup plus lourd qu'il n'y paraît. Deuxièmement, la particule montrerait également pourquoi les deux forces fondamentales qui façonnent les noyaux atomiques suivent des règles différentes. L'expérience Axion sur la matière noire (ADMX) de l'Université de Washington mène actuellement la charge de la science de l'axiome et de la matière noire.

L'axion est un candidat pour la matière noire, car, tout comme la matière noire, il ne peut pas vraiment interagir avec la matière régulière. Cette distance rend également l'axion, s'il existe, extrêmement difficile à détecter. Cette particule étrange pourrait également aider à résoudre une énigme de longue date en physique connue sous le nom de «problème de CP fort».

7. Si la matière noire existe partout, ne devrait-elle pas exister dans toutes les galaxies?

L'une des principales théories sur la matière noire est qu'elle joue un rôle vital dans la formation des galaxies. On pense que la matière noire joue un rôle dans le contrôle et l'organisation de la formation de grandes structures célestes. Cependant, les chercheurs ont maintenant trouvé une galaxie qui semble ne pas avoir du tout de matière noire.

Si nous considérons la matière noire comme l'échafaudage qui maintient l'univers ensemble, pourquoi une galaxie manquerait-elle ces structures cruciales? Une réponse est que la matière noire pourrait ne pas jouer un rôle aussi important dans la formation des corps célestes qu'on le pensait auparavant.

8. Qu'en est-il de notre détection positive des particules de matière noire?

Comme mentionné ci-dessus, la recherche du projet italien DAMA, qui a rapporté la découverte de matière noire, est très controversée. Pour trouver les particules de matière noire mystérieuses et insaisissables, des chercheurs du monde entier ont créé des détecteurs souterrains pour essayer d'observer les particules WIMP interagissant avec la matière ordinaire.

À ce jour, DAMA est le seul projet à avoir réussi à démontrer l'existence de particules de matière noire. D'autres projets de détection de premier plan situés dans différents endroits du monde ont rapporté des résultats contradictoires. À ce jour, l'exactitude des résultats du DAMA est vivement débattue.

9. Les particules ordinaires peuvent-elles se désintégrer en matière noire?

Et si les particules ordinaires se transformaient en particules de matière noire? Après tout, nous voyons déjà quelque chose de similaire se produire dans les électrons et les neutrons. Un neutron isolé se désintègre lentement en proton tandis qu'un électron se désintègre en neutron. Certains chercheurs pensent que 1% de ces particules se désintègrent en fait en particules sombres. Bartosz Fornal et Benjamín Grinstein de l'Université de Californie à San Diego proposent une solution à cet écart qui suppose que les neutrons se désintègrent 1% du temps en particules de matière noire. Parce que les expériences de faisceau ne détecteraient pas ces désintégrations, leur durée de vie inférée des neutrons serait plus longue que la valeur réelle.

Pensez-vous que nous comprendrons enfin la matière noire à l'avenir?


Voir la vidéo: Matière noire: bases et nouvelle idée (Juillet 2022).


Commentaires:

  1. Tygorr

    C'est bien quand ça!

  2. Maucage

    Je suis désolé, cette variante ne m'approche pas. Qui d'autre, ce qui peut inciter?

  3. Mekus

    Absolument d'accord avec vous. Dedans il y a quelque chose aussi je pense que c'est l'excellente idée.

  4. Addo

    Respect pour l'auteur. Les informations se sont avérées très utiles.



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