Les côtés obscurs de l’Univers

Il est peut-être normal que nous ne sachions pas grand-chose sur la création de l’Univers — après tout, nous n’y étions pas. Mais à vrai dire, nous ne connaissons guère mieux l’Univers tel qu’il est aujourd’hui. En fait, les physiciens ont découvert que tout ce que nous voyons dans l’Univers — planètes, étoiles, galaxies — ne représente que 4% de celui-ci ! D’une certaine façon, ce n’est pas tant les choses visibles qui définissent l’Univers, mais plutôt le vide qui les entoure.

Les observations cosmologiques et astrophysiques indiquent que la plus grande partie de l’Univers est constituée de substances invisibles qui n’émettent aucun rayonnement électromagnétique — autrement dit, nous ne pouvons pas les détecter au moyen de télescopes ou d’autres instruments. Nous ne pouvons les détecter qu'à travers leurs effets gravitationnels, ce qui en rend l'étude très difficile. Ces substances mystérieuses sont appelées « matière noire » et « énergie sombre ». Leur nature et leur rôle dans l’évolution de l’Univers demeurent un mystère, mais cette obscurité recèle une physique fascinante, encore inexplorée, et qui sort du modèle standard établi.

Matière noire

La matière noire représente environ 23% de l’Univers. Le premier indice de son existence est apparu en 1933, lorsque des observations astronomiques et des calculs d’effets gravitationnels ont révélé qu’il devait y avoir plus de « choses » dans l’Univers que ce que pouvaient voir les télescopes.

Aujourd’hui, les scientifiques estiment que l’effet gravitationnel de la matière sombre fait tourner les galaxies plus vite que ne le prévoit le calcul de leur masse apparente, et que son champ gravitationnel dévie la lumière des objets qui sont derrière. Les mesures de ces effets montrent l’existence de la matière sombre, et peuvent être utilisées pour estimer sa densité, même si nous ne pouvons pas l’observer directement.

Mais quelle est la nature de la matière noire ? L'une des théories est qu'elle pourrait contenir des particules dites « supersymétriques », des particules hypothétiques qui correspondraient aux particules déjà connues dans le Modèle standard. Les expériences qui auront lieu au Grand collisionneur de hadrons permettront peut-être de les découvrir.

L’énergie sombre

L’énergie sombre constitue environ 73% de l’Univers et semble être associée au vide de l’espace. Elle est distribuée de façon homogène dans l’Univers, non seulement dans l'espace mais aussi dans le temps — autrement dit, son effet ne se dilue pas avec l’expansion de l’Univers.

Cette répartition égale signifie que l’énergie noire n’a pas d’effet gravitationnel local, mais plutôt un effet global sur l'Univers entier. Il en résulte une force répulsive qui tend à accélérer l’expansion de l’Univers. Le taux d’expansion et son accélération peuvent être mesurés par des expériences qui utilisent la loi de Hubble. Ces mesures, associées à d’autres données scientifiques, ont confirmé l’existence de l’énergie sombre et donnent une estimation de la quantité que représente cette substance mystérieuse.