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10 façons dont la matière noire pourrait expliquer l'univers
Les particules de matière noire ne produisent pas, ne réfléchissent pas et n'absorbent pas la lumière. Cependant, même si nous ne pouvons pas voir directement la matière noire et que nous ne comprenons toujours pas sa nature, les scientifiques pensent qu'elle représente environ 26% de notre univers connu, en raison de la manière dont son attraction gravitationnelle interagit avec d'autres objets de l'espace. Comme le vent qui souffle les branches d'un arbre, nous ne pouvons pas voir la matière sombre mais nous pouvons voir comment elle affecte son environnement. À partir de ces observations et analyses, nos scientifiques développent des théories fascinantes sur la matière noire. Si cela est vrai, ils peuvent changer notre compréhension de l'univers de manière profonde.
10Dark Matter peut provoquer des extinctions massives
Michael Rampino, professeur de biologie à l'Université de New York, estime que le mouvement de la Terre à travers le disque galactique (notre région dans la galaxie de la Voie lactée) pourrait avoir provoqué une extinction massive sur Terre. Cela est dû au fait que notre mouvement a perturbé l'orbite des comètes dans le système solaire externe (connu sous le nom de «nuage de Oort») et augmenté la chaleur dans le noyau de notre planète.
Avec ses planètes à la remorque, le Soleil tourne autour du centre de la Voie Lactée tous les 250 millions d'années. Au cours de son voyage, il traverse le disque galactique environ tous les 30 millions d'années. Rampino affirme que le trajet de la Terre à travers le disque coïncide avec des impacts de comètes et des événements d'extinction massive sur Terre, y compris celui d'il y a 65 millions d'années, où un astéroïde aurait tué les dinosaures. Il existe également une théorie selon laquelle des éruptions volcaniques éclaircissaient le troupeau de dinosaures juste avant qu'un astéroïde ne les achève.
La combinaison d'une activité volcanique inhabituelle et d'une collision d'astéroïdes coïncidant avec l'orbite terrestre à travers le disque galactique jouerait parfaitement dans la théorie de Rampino. «Lors du voyage à travers le disque, la matière noire concentrée à cet endroit perturbe les voies des comètes en orbite autour de la Terre dans le système solaire externe», a déclaré Rampino. "Cela signifie que les comètes qui voyageraient normalement sur de grandes distances de la Terre emprunteront des chemins inhabituels, ce qui entraînera leur collision avec la planète." Certains soutiennent que la théorie de Rampino ne fonctionne pas, car les dinosaures sont morts par un astéroïde, pas un comète. Cependant, environ 4% du nuage d'Oort est constitué d'astéroïdes, ce qui équivaut à huit milliards d'entre eux flottant dans la nature.
De plus, Rampino pense que chacune des orbites de la Terre à travers le disque galactique provoque l’accumulation de matière noire dans le noyau de la planète. Lorsque les particules de matière noire s'annulent, elles créent une chaleur intense susceptible de provoquer des éruptions volcaniques, des modifications du niveau de la mer, la construction de montagnes et d'autres activités géologiques qui ont également une incidence considérable sur la vie biologique sur Terre.
9La voie lactée peut être un immense trou de ver
Est-il possible que nous vivions dans un tunnel géant qui fournit un raccourci à travers l'univers?
Comme prévu par la théorie de la relativité générale d'Einstein, un trou de ver est une région où l'espace et le temps se plient pour créer un raccourci vers une partie éloignée de l'univers. Selon des astrophysiciens de l'École internationale d'études avancées de Trieste, en Italie, la matière noire de notre galaxie pourrait être distribuée de manière à permettre à un trou de ver stable d'exister au milieu de notre voie lactée. Ces scientifiques pensent que le moment est peut-être venu pour nous de repenser la nature de la matière noire. Peut-être que la matière noire est simplement une autre dimension.
«Si nous combinons la carte de la matière noire de la Voie lactée avec le plus récent modèle big bang pour expliquer l’univers», a déclaré le professeur Paulo Salucci, «et que nous émettons l’hypothèse de l’existence de tunnels spatio-temporels, nous obtenons que notre La galaxie pourrait en réalité contenir un de ces tunnels, et le tunnel pourrait même avoir la taille de la galaxie elle-même. Mais il y a plus. Nous pourrions même emprunter ce tunnel car, selon nos calculs, il pourrait être navigable. Tout comme celui que nous avons tous vu dans le film récent Interstellaire.”
Bien sûr, c'est juste une théorie. Mais les scientifiques pensent que la matière noire pourrait être la clé pour créer des trous de ver et déterminer comment les observer. Jusqu'à présent, aucun trou de ver naturel n'a été découvert.
8La découverte de Galaxy X
La galaxie X est également connue sous le nom de galaxie à matière noire, une galaxie naine pratiquement invisible qui peut causer des ondulations étranges dans le gaz d'hydrogène froid aux limites extérieures du disque de la Voie lactée. Considéré comme une galaxie satellite de la Voie lactée, le Galaxy X abrite un groupe de quatre variables Céphéides, des étoiles pulsantes utilisées comme marqueurs pour nous aider à mesurer les distances dans l'espace. Nous ne pouvons pas voir le reste de cette galaxie naine parce qu'elle est supposément composée de matière noire invisible. Cependant, l'immense attraction gravitationnelle de cette galaxie de matière noire a probablement causé les ondulations que nous avons vues. Sans source gravitationnelle telle que la matière noire qui les maintienne ensemble, il est également hautement improbable que quatre étoiles variables Céphéides soient positionnées si proches les unes des autres au milieu de l'espace plutôt que de voler à part.
«La découverte des variables Céphéides montre que notre méthode de localisation des galaxies naines dominées par la matière noire fonctionne», a déclaré l'astronome Sukanya Chakrabarti. «Cela pourrait nous aider à comprendre en fin de compte en quoi consiste la matière noire. Cela montre également que la théorie de la gravité de Newton peut être utilisée jusqu'aux confins d'une galaxie et qu'il n'est pas nécessaire de modifier notre théorie de la gravité. "
7Désintégration du boson de Higgs dans la matière sombre
Développé dans les années 1970, le modèle standard de la physique des particules est un ensemble de théories censées prédire toutes les particules subatomiques connues dans l'univers et leur interaction.Avec la confirmation en 2012 de l'existence du boson de Higgs (également connu sous le nom de «particule de Dieu»), le modèle standard était complet. Malheureusement, ce modèle n'explique pas tout, en particulier la matière noire, la force gravitationnelle qui unit les galaxies. La masse de la particule de Higgs semble également beaucoup trop faible pour certains scientifiques.
Cela a poussé les chercheurs de l'Université de technologie Chalmers à proposer un nouveau modèle basé sur la supersymétrie, qui donne à chaque particule connue du modèle standard un super partenaire plus lourd. Selon cette nouvelle théorie, une petite proportion de particules de Higgs se décomposeront en un photon (particule claire) et deux gravitinos (particules de matière noire). «Si le modèle s’avérait conforme, cela changerait complètement notre compréhension des éléments constitutifs fondamentaux de la nature», a déclaré Christoffer Petersson de Chalmers. Le modèle sera testé au Large Hadron Collider en Suisse.
6Dark Matter In The Sun
Selon la méthode utilisée pour analyser le Soleil, la quantité d'éléments plus lourds que l'hydrogène ou l'hélium fluctue de 20 à 30%. Nous pouvons mesurer chacun de ces éléments en examinant le spectre de la lumière qu’il émet, comme une empreinte digitale distincte, ou en étudiant son incidence sur les ondes sonores traversant le Soleil, qui entraînent ensuite de légers changements dans la luminosité du Soleil. La différence mystérieuse entre ces deux mesures des éléments du Soleil s'appelle le problème de l'abondance solaire.
Nous avons besoin de mesures précises de ces éléments pour comprendre la composition chimique du soleil, sa densité et sa température. À bien des égards, cela nous aidera également à comprendre la composition et le comportement des autres étoiles, ainsi que de leurs planètes et galaxies.
Pendant des années, les scientifiques ont été incapables de concevoir une solution viable. Le physicien astroparticulaire Aaron Vincent et ses collaborateurs ont alors suggéré que la matière noire au cœur du Soleil soit une solution possible au problème. Après avoir effectué de nombreuses simulations, ils ont proposé une théorie qui semblait fonctionner. Cependant, il incluait un type spécial de matière noire, appelé «matière noire asymétrique à interaction faible», qui peut être de la matière ou de l'antimatière, mais pas les deux.
Les scientifiques savent qu’un halo de matière noire entoure le soleil à partir de mesures de la gravité. Les particules de matière noire asymétriques ne contiennent pas beaucoup d'antimatière, elles peuvent donc survivre au contact de la matière normale et s'accumuler dans le cœur du Soleil. On pense également que ces particules absorbent de l'énergie au centre du soleil, puis transportent cette chaleur vers les bords extérieurs, ce qui pourrait expliquer le problème de l'abondance solaire.
«Le principal avantage de la matière noire asymétrique est qu’une grande partie de celle-ci peut s’accumuler dans le Soleil à mesure qu’elle se déplace à travers le nuage de matière noire qui engloutit la Voie lactée», a déclaré Vincent. "Si la matière noire s'auto-annihilait, elle disparaîtrait avant de transporter une quantité considérable de chaleur du noyau du Soleil."
La matière 5Dark peut être macroscopique
Les chercheurs de Case Western Reserve se sont demandé si les scientifiques cherchaient de la matière noire aux bons endroits. Plus précisément, ils suggèrent que la matière noire peut ne pas être composée de minuscules particules exotiques comme les WIMP (particules massives à interaction faible) mais plutôt d'objets macroscopiques pouvant aller de quelques onces à un astéroïde. Cependant, ces scientifiques limitent leur théorie sur les endroits où chercher en tenant compte de ce qui a déjà été observé dans l'espace. Cela les porte à croire que le modèle standard de la physique des particules fournira la réponse. Ils ne croient pas qu'un nouveau modèle est nécessaire pour la matière noire.
Les chercheurs ont surnommé leurs objets de matière noire «macros». Ils ne suggèrent pas d'éliminer le WIMPS et les axions (particules de faible masse en interaction faible), mais simplement d'élargir la recherche de la matière noire à d'autres candidats. Il existe des exemples de matières qui ne sont ni ordinaires ni exotiques, qui n'ont pas été examinées mais qui relèvent des paramètres du modèle standard.
«La communauté s'était en quelque sorte détournée de l'idée selon laquelle la matière noire pouvait être faite de matières normales à la fin des années 80», a déclaré le professeur de physique Glenn Starkman. «Nous demandons si cela était tout à fait correct et comment savons-nous que la matière noire n'est pas un matériau plus ordinaire pouvant être fabriqué à partir de quarks et d'électrons?
Détection 4GPS de la matière noire
Deux physiciens ont proposé d'utiliser des satellites GPS pour trouver de la matière noire, ce que les scientifiques suggèrent peut-être ne pas être des particules comme on le suppose généralement, mais plutôt se déchirer dans la structure de l'espace-temps. «Notre recherche poursuit l’idée que la matière noire peut être organisée comme une vaste collection de défauts topologiques ou de fissures énergétiques ressemblant à un gaz», a déclaré Andrei Derevianko de l’Université du Nevada. «Nous proposons de détecter les défauts, la matière noire, alors qu'ils nous balayent avec un réseau d'horloges atomiques sensibles. L'idée est que, lorsque les horloges ne sont plus synchronisées, nous saurions que la matière noire, le défaut topologique, est passée. En fait, nous envisageons d'utiliser la constellation GPS comme le plus grand détecteur de matière noire construit par l'homme. ”
Les chercheurs analysent les données de 30 satellites GPS pour voir si leur théorie a du sens. Si la matière noire est effectivement comme un gaz, la Terre la traversera en orbite autour de la galaxie. Agissant comme le vent, des amas de matière noire soufflent sur la Terre et ses satellites, ce qui provoque une perte de synchronisation des horloges GPS des satellites et du sol pendant environ trois minutes. Les scientifiques devraient pouvoir surveiller toute divergence supérieure à un milliardième de seconde.
3Dark Energy pourrait manger de la matière noire
Selon des recherches récentes, l’énergie sombre semble consommer de la matière noire lorsque ces deux éléments s’interagissent, ce qui ralentit la croissance des galaxies et peut éventuellement rendre l’univers presque vide. Il se peut que la matière noire se décompose en énergie noire, mais nous ne le savons pas encore. Le vaisseau spatial Planck de l'Union européenne nous a récemment donné des chiffres précis sur la composition physique de l'univers: 4,9% de matière ordinaire (qui nous inclut), 25,9% de matière noire et 69,2% d'énergie noire.
Nous ne pouvons pas voir la matière noire ou l'énergie noire. Aucun des deux termes n'est bien compris, même dans la communauté scientifique. Ils ressemblent davantage à des termes réservés, décrivant quelque chose que nous croyons être en train de se produire mais que nous ne pouvons pas encore expliquer. Donc, jusqu'à ce que nous sachions réellement de quoi nous parlons, nous utilisons ces termes ambigus.
La matière noire attire et l'énergie noire repousse. La matière noire est la colonne vertébrale ou le cadre sur lequel les galaxies et leur contenu sont construits. On pense que son attraction gravitationnelle maintient les étoiles ensemble dans les galaxies, par exemple. La gravité est plus forte lorsque les objets sont plus proches les uns des autres et plus faible quand ils sont plus éloignés.
D'autre part, l'énergie sombre décrit la force qui provoque l'expansion de l'univers en éloignant de nous des galaxies lointaines. Ainsi, alors que l’énergie sombre repousse ces objets, la gravité s’affaiblit dans l’espace. Cela suggère que l'expansion de l'espace s'accélère et ne ralentit pas sous l'effet de la gravité, comme on le croyait jadis.
«Depuis la fin des années 90, les astronomes sont convaincus que l’accélération de l’expansion de notre univers est accélérée», a déclaré le professeur David Wands de l’Université de Portsmouth. «L’explication la plus simple était que l’espace vide - le vide - avait une densité d’énergie qui était une constante cosmologique. Cependant, il est de plus en plus évident que ce modèle simple ne peut pas expliquer l’ensemble des données astronomiques auxquelles les chercheurs ont maintenant accès; en particulier, la croissance de la structure cosmique, des galaxies et des amas de galaxies semble être plus lente que prévu. ”
Ce transfert d'énergie ne se produit que du côté obscur. La matière ordinaire (comme nous) n'est pas avalée par l'énergie noire.
La matière 2Dark peut avoir causé des ondulations dans le disque galactique
En regardant dans l'espace depuis la Terre, nous voyons les étoiles se terminer soudainement à environ 50 000 années-lumière du centre de notre galaxie. Nous avons donc pensé que c'était la fin de notre galaxie. Nous n’avons rien vu d’important jusqu’à environ 15 000 années-lumière au-delà de ce bord, qui était l’Anneau Monocéros d’étoiles qui s'étend au-dessus de notre plan galactique. Certains de nos scientifiques ont pensé qu'il s'agissait d'étoiles arrachées d'une autre galaxie.
Cependant, une nouvelle analyse des données du Sloan Digital Sky Survey révèle que l’Anneau des monocéros fait en réalité partie de notre galaxie. Cela signifie que la Voie Lactée est au moins 50% plus grande que nous le pensions, ce qui porte le diamètre de notre galaxie d'environ 100 000 à 120 000 années-lumière à environ 150 000 à 180 000 années-lumière.
En regardant de la Terre, nous ne pouvons pas voir comment il se connecte à cause des ondulations dans le disque galactique. C'est comme regarder les vagues dans l'océan depuis la plage. Lorsqu'une vague se lève, elle bloque votre vision de l'océan au-delà, à l'exception de portions de vagues encore plus hautes. Ainsi, même si notre vue était partiellement obstruée par la forme de notre galaxie, nous avons vu l’Anneau du Monocéros, car c’était comme si on regardait le sommet d’une vague plus haute.
Cette découverte change notre compréhension de la construction de la Voie Lactée. «Ce que nous avons constaté, en gros, c'est que le disque de la Voie lactée n'est pas qu'un disque d'étoiles dans un avion plat, c'est un carton ondulé», a déclaré Heidi Newberg de la Rensselaer School of Science. «Alors qu’il émane du Soleil, nous voyons au moins quatre ondulations dans le disque de la Voie Lactée. Bien que nous ne puissions regarder qu'une partie de la galaxie avec ces données, nous supposons que ce modèle se retrouvera sur tout le disque. ”
Comme les ondulations causées par un caillou jeté dans un étang, les scientifiques pensent que ces ondulations dans notre galaxie pourraient avoir été causées par un bloc de matière noire ou par une galaxie naine découpant le disque de la Voie lactée. Si cette théorie est vraie, ces ondulations donneraient aux chercheurs un moyen d'analyser la distribution de la matière noire dans la Voie Lactée.
1La Signature Gamma Ray
Jusqu'à récemment, les scientifiques ne pouvaient détecter la matière noire qu'en observant son effet de gravitation éventuel sur d'autres objets de l'espace. Cependant, les chercheurs pensent que les rayons gamma peuvent constituer un signal plus direct que la matière noire invisible se cache dans notre univers. Dans un développement passionnant, ils viennent peut-être de découvrir cette première signature de rayons gamma dans Reticulum 2, une galaxie naine récemment découverte à proximité de la Voie lactée.
Les rayons gamma sont une forme de rayonnement électromagnétique de haute énergie émis par les centres denses des galaxies. S'il est vrai que la matière noire est constituée de WIMP, les particules de matière noire seraient alors une source de rayons gamma produits lorsque les WIMP s'annulent au contact. Cependant, les rayons gamma peuvent également être émis par d'autres sources telles que les trous noirs et les pulsars. Si notre analyse peut éliminer ces autres sources de rayons gamma, il est alors possible que les rayons gamma restants proviennent de la matière noire. Au moins, c'est la théorie.
Les scientifiques pensent que la plupart des galaxies naines manquent de sources importantes de rayons gamma autres que la matière noire, qui peuvent représenter jusqu'à 99% des galaxies naines. C'est pourquoi les physiciens des universités Carnegie Mellon, Brown et Cambridge se sont émerveillés pour la découverte des rayons gamma émanant de Reticulum 2.
«La détection gravitationnelle de la matière noire ne nous en dit pas beaucoup sur le comportement des particules de la matière noire», a déclaré Matthew Walker de l'Université Carnegie Mellon."Mais nous pouvons maintenant avoir une détection non gravitationnelle qui montre que la matière noire se comporte comme une particule, ce qui est un saint Graal." Bien sûr, il est possible qu'il existe d'autres sources de rayons gamma dans les galaxies naines que nous n'avons pas identifiées encore. Cependant, la découverte récente de neuf galaxies naines potentielles près de la Voie lactée pourrait donner aux scientifiques l'occasion d'explorer plus avant cette théorie de la détection de la matière noire.