La matière noire est encore aujourd'hui une hypothèse et, pourtant, son rôle est considéré comme fondamental en astrophysique pour la formation et l'évolution des grandes structures de l'Univers. S'il est impossible d'affirmer qu'elle existe, on postule pour autant qu'elle existe.
Lorsqu'une particule et son antiparticule entrent en collision, on dit qu'elles s'annihilent. L'énergie de cette collision va créer de nouvelles particules. L'annihilation de deux particules de matière noire produirait des particules ordinaires détectables dont des photons de hautes énergies appelés rayons gamma.
On a de nombreuses preuves concordantes de la présence de la matière noire, que ce soit au niveau des galaxies, des amas de galaxiesamas de galaxies mais également en ce qui concerne la naissance des galaxies via le rayonnement fossile. Ces preuves sont toutefois indirectes.
La matière est partout présente autour de nous. Elle est constituée d'atomes, eux-mêmes construits à partir de « briques plus petites », appelées particules élémentaires. L'origine de la matière présente sur Terre et dans l'Univers est expliquée aujourd'hui par le modèle du Big Bang.
Le premier indice de l'existence de la matière noire est venu des travaux de l'astronome suisse Fritz Zwicky dès 1933. Il souhaitait mesurer la masse d'un amas galactique, un groupe de plus de cent galaxies liées par les forces gravitationnelles, en utilisant deux méthodes.
Mais quelle est la nature de la matière noire ? Selon l'une des théories, elle pourrait contenir des particules dites « supersymétriques », particules hypothétiques qui seraient associées aux particules déjà connues du Modèle standard.
Lorsque la température a atteint 10 millions de degrés, une réaction de fusion nucléaire s'est amorcée qui a commencé à transformer l'hydrogène en hélium. Une étoile est née qui rayonne son énergie dans l'espace. Voilà comment l'Univers a commencé d'exister.
La matière se présente principalement dans trois états physiques : solide, liquide ou gaz. Les caractéristiques de ces trois états sont décrits à l'échelle humaine, c'est-à-dire tels qu'on peut les observer à l'aide de nos sens, et à l'échelle des molécules (en respectant le modèle moléculaire).
Pour ce qui est de la matière visible, elle est composée de 90 % d'hydrogène, de 9 % d'hélium, d'un fifrelin (0,1 %) d'oxygène ou encore d'un soupçon (0,06 %) de carbone. Notre Soleil, une étoile encore jeune, compte 93 % d'hydrogène, 6 % d'hélium, 0,06 % d'oxygène et 0,04 % de carbone, entre autres.
Le temps cité est de 1076 ans pour la transformation spontanée des éléments, soit 1067 milliards d'années.
L'astronome Fritz Zwicky est le premier à avoir envisagé la matière noire, et c'était d'ores et déjà, en 1933, une tentative pour comprendre les comportements inexplicables d'objets cosmiques.
Cette énergie sombre possède une pression négative ; elle agit comme une sorte d'antigravité qui alimente l'expansion cosmique, alors que la gravité de la matière la freine. Tandis que la matière baryonique et la matière noire se diluent avec l'expansion de l'espace, la densité d'énergie sombre reste quasi constante.
L'univers est composé de milliards d'étoiles et d'autres objets célestes tels les planètes, les comètes, les astéroïdes, etc. Tous ces corps se structurent en galaxies, amas et superamas. Cependant, à grande échelle, la structure de l'univers est dite « lacunaire » car celui-ci est en majorité constitué de vide.
La Voie Lactée
Notre galaxie, un vaste groupe de 250 milliards d'étoiles auquel appartient le Soleil et toutes les étoiles que nous pouvons distinguer dans le ciel. La Voie Lactée est une galaxie "spirale" formée de plusieurs bras.
La Terre est une gigantesque machine thermique, dont la chaleur provient en partie de son noyau, situé au-delà de 2900 km de profondeur. Cette zone est constituée essentiellement de fer. Il y règne une pression supérieure à 1 million d'atmosphères (100 gigapascals).
La structure interne de la Terre désigne la répartition de l'intérieur de la Terre en enveloppes emboîtées : principalement la croûte terrestre, le manteau et le noyau, selon le modèle géologique actuel, qui s'efforce de décrire leurs propriétés et leurs comportements au cours des temps géologiques.
La Terre, comme toutes les planètes telluriques , est composée de différentes couches : sa surface est la croûte, puis, au fur et à mesure qu'on avance en profondeur, on atteint le manteau, puis le noyau La science qui étudie la structure de la Terre est la géologie.
La matière dont nous sommes faits est essentiellement constituée de protons et de neutrons, les composants du noyau atomique. Ces particules nommées baryons, du grec barys qui signifie lourd, sont environ 2 000 fois plus lourdes que les électrons ; ces combinaisons de particules plus petites, les quarks.
Pour ceux d'entre vous qui n'auraient pas d'accélérateurs de particules chez eux, le plasma de quarks et de gluons est la matière la plus dense au monde. Il est cent mille fois plus chaud que l'intérieur du soleil et plus dense que tout ce qui existe dans l'univers, à l'exception des trous noirs.
Celui-ci est parfois surnommé « cinquième état de la matière » (les quatre états habituels étant le solide, le liquide, le gaz et le plasma). Il faut percevoir cet état de la matière comme un nuage gazeux d'atomes.
Les poussières qui étaient dans le nuage se sont agglomérées pour former des « grains de sable », puis de gros rochers, et, attirés par la force de gravité, ces rochers se sont assemblés lors de violentes collisions qui ont fait fondre la roche ! Boum ! Un peu comme une boule de neige qui amasse tout sur son passage.
Une étoile de dimension modeste, donc, à l'échelle de notre Univers. À l'heure actuelle, l'étoile la plus grande que les astronomes connaissent s'appelle UY Scuti. Une étoile située à 9.500 années-lumière de notre Terre, dans la constellation de l'Écu de Sobieski.
Edwin Hubble s'est vu attribué la découverte de l'expansion de l'Univers « alors qu'il n'y croyait pas », souligne l'historien des sciences Robert Smith. Fidèle à sa réputation, il ne laisse personne envahir son pré carré.
Notre galaxie, la Voie lactée, appartient à un groupe de galaxies, comprenant une trentaine de galaxies, appelé Groupe local, lui-même inclus dans le superamas de la Vierge.
Ainsi, l'Univers observable forme une sorte de sphère autour de nous, mais le bord de cette sphère ne marque pas la fin de l'Univers, il marque juste la zone qui n'est pas encore observable pour nous.