matière noire auto-interagissante

Un cristal de nickel irradié par des ions ressemble à une salle de concert où, après le spectacle, il reste des chaises en trop. Ces chaises sont des atomes insérés entre les nœuds du réseau. D'abord, ils se rassemblent en amas, puis ils s'organisent en anneaux : certains anneaux restent immobiles sur le sol, d'autres roulent à travers la salle comme des cerceaux.

La lumière d'une galaxie lointaine nous parvient à travers sa propre poussière. Cette poussière n'est pas un brouillard uniforme, mais des nuages déchiquetés, semblables à des lambeaux de coton.

Le radiotélescope FAST, avec son antenne de cinq cents mètres, a capté un signal sur une longueur d'onde de 21 centimètres – c'est ainsi que l'hydrogène froid émet. Le signal provenait d'un nuage baptisé Cloud-9. Il flotte dans l'espace à côté de la galaxie M94, mais ne renferme pas une seule étoile.

Dans le cosmos lointain existe un objet hypothétique : un trou noir ultra-froid. Il est chargé et se trouve dans un univers en expansion (l'espace de Sitter). Sa température est proche du zéro absolu — environ un billionième de degré au-dessus.

La lumière des quasars lointains, après avoir voyagé des milliards d'années, laisse sur la pellicule cosmique un motif de raies d'absorption sombres — la spectroscopique forêt Lyman-alpha. Chaque raie est comme une note dans une partition grandiose écrite par l'hydrogène du milieu intergalactique.

Une grande cuve souterraine remplie de xénon liquide attend un événement rare : une secousse provoquée par une particule de matière noire. En temps normal, la gravité est trop faible pour qu'une telle secousse soit perceptible.

Un nuage géant de matière invisible agit comme un miroir déformant — il dévie la lumière d'une galaxie lointaine. Grâce à ces distorsions, les astronomes peuvent peser le nuage et sonder ses entrailles.

L'Univers grandit comme une métropole : les galaxies-gratte-ciel s'élèvent sur une charpente invisible faite de matière noire — sa gravité attire les matériaux de construction. Pendant ce temps, l'énergie noire fait continuellement s'étendre la ville elle-même.

Une étoile à neutrons est un résidu ultra-dense d'une explosion de supernova, où une cuillère à café de matière pèse un milliard de tonnes.

Des cosmologistes ont organisé une confrontation entre deux types d'explosions cosmiques. Les supernovae de type Ia sont des étoiles qui s'embrasent avec une luminosité presque identique, ce qui en fait des balises fiables pour mesurer les distances dans l'Univers.

La matière noire est l'armature invisible de l'univers. Elle n'émet pas de lumière, mais son attraction maintient les étoiles dans les galaxies. Dans certains modèles, les particules de cette matière peuvent entrer en collision et échanger de l'énergie, comme les molécules d'un air chauffé.

Quand une voiture avec le régulateur de vitesse passe sur un ralentisseur, la vitesse fait un bond momentané, mais le moteur tourne régulièrement. C'est un peu ce que les astronomes ont récemment observé avec l'énergie noire, cette force qui accélère l'expansion de l'univers.

Un architecte consulte son plan lorsqu'il construit une maison. Pour les cosmologistes, le plan est le modèle standard, et le mètre ruban est la lumière des galaxies lointaines. Récemment, un nouveau « mètre ruban », l'instrument DESI, a mesuré les distances de millions de galaxies avec une précision inédite.

L'univers est une immense ville. La matière noire en est la charpente invisible, et l'énergie noire la force qui étire les rues. Longtemps considérées comme indépendantes, une nouvelle étude les surprend en pleine conversation secrète.

Deux horloges affichent des heures différentes. L'une est sur notre table, l'autre est loin dans le passé, dans la lueur laissée par le Big Bang. La première, en observant les galaxies proches, mesure la vitesse d'expansion de l'Univers – environ 73 kilomètres par seconde par mégaparsec.

Un ballon se gonfle tout seul, alors que personne ne souffle dedans. C'est à peu près ce à quoi ressemble l'expansion accélérée de l'Univers – et pour l'expliquer, on invoque généralement l'énergie noire, une force invisible et incompréhensible. Mais et si le ballon se gonflait parce que de nouvelles molécules d'air apparaissent continuellement à l'intérieur ?

Une toupie lancée sur une table vacille : l'axe de rotation est incliné et le mouvement devient irrégulier. C'est un peu ce qui se passe pour les trous noirs autour desquels tourne un disque de gaz et de poussière.

Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant, son noyau s'effondre et une onde de choc se propage vers l'extérieur. Mais avant même que l'étoile ne se déchire, des particules qui interagissent à peine avec la matière ordinaire peuvent naître dans ses entrailles. Si elles se désintègrent en lumière, l'énergie se dissipe dans le gaz dense qui entoure l'étoile.

La matière noire est invisible, mais son attraction empêche les galaxies de se disperser. On a longtemps pensé que les particules de matière noire se traversaient sans se voir. Pourtant, dans les petites galaxies, la densité de matière noire au centre s'est avérée plus faible que ne le prédisent les calculs.

Le télescope James Webb a scruté l'amas de galaxies AS1063 et a distingué des dizaines de milliers d'amas globulaires — des « paquets » d'étoiles denses dispersés dans tout l'amas. Leur position coïncide avec la carte de la masse invisible, établie à partir de la courbure de la lumière des galaxies lointaines.

L'univers s'expand de plus en plus vite. Autrefois, on attribuait cela à l'énergie noire — une force mystérieuse qui agirait seule. Mais les dernières mesures ressemblent à une conversation surprise : il semble que l'énergie noire ne soit pas silencieuse, mais qu'elle chuchote avec la matière noire.

L'Univers est en expansion, et la vitesse de cette expansion suscite des débats. Edwin Hubble a découvert cette expansion il y a près d'un siècle, mais les mesures modernes donnent des valeurs différentes.

La matière noire est une substance invisible qui maintient les galaxies ensemble mais n'émet pas de lumière. Attraper ses particules, c'est comme entendre un murmure dans une salle bruyante. Les détecteurs ordinaires n'entendent que les coups forts, tandis que les signaux faibles se noient dans le bruit.

Dans la danse cosmique, l'énergie noire et la matière noire échangent de l'énergie. Pendant longtemps, l'énergie noire a été considérée comme une force constante accélérant l'univers – une découverte qui a valu le prix Nobel à Adam Riess, Saul Perlmutter et Brian…

Les particules de matière noire peuvent se comporter comme de la mélasse : dans un modèle, elles ne se gênent pas ; dans un autre, elles se bousculent légèrement, créant une viscosité. Cela détermine la vitesse à laquelle les trous noirs géants au centre des galaxies tombent l'un vers l'autre et fusionnent.

C'est Vera Rubin qui a découvert que les étoiles des confins des galaxies se déplacent trop vite, comme si une toile invisible les retenait. Et Fritz Zwicky a été le premier à soupçonner qu'une masse invisible immense se cache dans les amas de galaxies.

Deux télescopes regardent le même Univers et voient des vitesses différentes. Les mesures locales sur les supernovae donnent 73.04 ± 1.04 km/s/Mpc, tandis que les données du fond diffus cosmologique, dans le modèle standard, prédisent 67.36 ± 0.54.