La vie basée sur la matière noire est-elle possible ?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

La grande majorité de la masse de notre Univers est invisible. Et depuis un certain temps déjà, les physiciens tentent de comprendre ce qu'est cette masse insaisissable. S'il est composé de particules, l'espoir est que le Grand collisionneur de hadrons puisse produire une particule de matière noire, ou le télescope spatial verra une signature de rayons gamma éloquente des collisions de matière noire. Pour l'instant, il n'y a rien. Et ce problème fait réfléchir les physiciens théoriciens à de nouvelles idées.

En 2017, la célèbre physicienne théoricienne Lisa Randall s'est penchée sur l'une des possibilités les plus incroyables de la matière noire. Hypothétique, bien sûr. Plutôt que de traiter la matière noire comme un type particulier de particule, elle a supposé que la matière noire pouvait être composée de toute une famille de particules qui composent les étoiles noires, les galaxies sombres, les planètes sombres et peut-être la vie sombre. La chimie de l'univers sombre pourrait être aussi riche et variée que notre propre « chimie ordinaire ». Mais tout n'est pas si simple.

Le problème de la matière noire

Notre Univers est un endroit étonnant, quoique incompréhensible.

Au cours des dernières décennies, nous nous sommes rendu compte que 84,5% de la matière de l'Univers n'est pas visible. Compte tenu de son surnom plutôt maladroit de « matière noire », cette substance est dans un état dans lequel elle n'interagit pas avec la matière « normale ». Comme l'énergie noire, ces choses sont « sombres » parce que nous ne les comprenons pas.

S'il y a un morceau de matière noire sur mon bureau maintenant, je ne le saurai jamais. Un morceau de matière noire en général, en tant que tel, ne peut pas reposer sur mon bureau. Il tombera à travers la table, et le sol et la croûte terrestre se précipiteront dans le puits de gravité au cœur de notre planète. Ou il disparaîtra dans l'espace d'une manière incompréhensible. La matière noire interagit si faiblement avec tout ce que cette pièce tombera simplement à travers la matière ordinaire, comme si elle n'existait pas.

À petite échelle, la manifestation gravitationnelle de la matière noire est négligeable, mais à des distances cosmologiques la présence de matière noire est définitivement ressentie - elle peut être observée indirectement par son effet gravitationnel sur les amas de galaxies et son effet sur la rotation des galaxies. Nous savons qu'il existe, nous ne le voyons tout simplement pas.

Et nous ne savons pas ce que c'est, nous ne pouvons que deviner

La matière ordinaire - alias matière baryonique - interagit par le biais de forces électromagnétiques, gravitationnelles, fortes et faibles. Ces forces transfèrent de l'énergie et structurent toute la matière. La matière noire, quant à elle, est généralement considérée comme un nuage amorphe de "matière" qui ne peut pas interagir par le biais de forces électromagnétiques, faibles ou fortes. Par conséquent, on suppose que la matière noire est "non baryonique". La matière non baryonique ne peut révéler sa présence que gravitationnellement.

Le principal candidat dans la recherche de matière noire est WIMP, une particule massive à interaction faible. Comme le nom de WIMP l'indique, cette particule hypothétique n'interagit pas avec la matière normale - elle n'est donc pas baryonique.

Les modèles cosmologiques établis prédisent que la matière noire - que ce soit sous la forme de WIMPs ou d'"axions", par exemple - dote notre Univers d'une structure et est généralement appelée de manière simpliste la "colle" qui maintient notre Univers dans son ensemble.

En observant la rotation des galaxies, l'astronome Vera Rubin a remarqué que la majeure partie de la matière dans les galaxies n'est pas observable. Seul un petit pourcentage est visible - étoiles, gaz et poussière; le reste se cache dans un immense mais invisible halo de matière noire. C'est comme si notre galaxie visible de matière ordinaire n'était qu'un capuchon sur une énorme roue de matière noire qui s'étend bien au-delà de ce que nous pouvons voir.

Dans un article récemment publié (2013), Randall et ses collègues ont présenté une forme plus complexe de matière noire. Selon eux, le halo de matière noire de notre galaxie n'est pas constitué d'un seul type de masse amorphe de matière non baryonique.

« Il semble très étrange de supposer que toute la matière noire est composée d'un seul type de particule », écrit Randall. "Un scientifique impartial ne devrait pas permettre à la matière noire d'être aussi diversifiée que notre matière normale."

Un riche « univers d'ombre » ?

Tout comme notre univers visible est régi par le modèle standard de la physique - une famille de particules (y compris le tristement célèbre boson de Higgs) et de forces, un modèle riche et varié de particules et de forces de matière noire pourrait-il fonctionner dans un halo galactique noir ?

Cette recherche suit la logique de supposer une riche variété de physique inconnue dans le secteur sombre de l'univers - appelons-le "l'univers de l'ombre" - qui existe parallèlement au nôtre et a toutes les complexités que notre univers visible a à offrir.

Les astrophysiciens ont déjà suggéré que des "étoiles noires" - des étoiles faites de matière noire - pourraient exister dans notre ancien univers à ce jour. Si tel est le cas, soutient Randall, peut-être que des "planètes sombres" pourraient se former. Et s'il existe une famille de particules de matière noire contrôlées par des forces déployées dans le secteur noir, cela pourrait-il conduire à l'émergence d'une chimie complexe ? Et à la vie ?

Cependant, s'il existe une vie « obscure » ou « d'ombre » parallèle à notre univers, vous pouvez oublier que nous pouvons la détecter.

La vie de l'ombre restera dans l'ombre

Il semble tentant d'utiliser cette hypothèse pour expliquer tous les mystères du quotidien ou même les affirmations paranormales que la science ne peut ni contester ni soutenir. Et si les « fantômes » ou les « lumières dans le ciel » inexplicables étaient les singeries de créatures sombres vivant à l'arrière de tout ?

Bien que cette logique convienne à une émission de télévision ou à un film, ces créatures sombres vivraient dans un univers sombre totalement incompatible avec la matière ordinaire. Leurs particules et leurs forces n'auraient aucun effet dans notre univers. Vous pourriez lire ces lignes assis sur une souche d'arbre dans une forêt sombre, et vous ne le sauriez jamais.

Mais puisque nous coexistons avec cet univers d'ombre dans le même espace-temps - sans dimensions inutiles ni multivers - un seul signal peut être transmis.

Les ondes gravitationnelles n'ont été découvertes qu'en 2016, et la première détection de ces ondulations dans l'espace-temps a été causée par la collision de trous noirs. Il semble tout à fait possible que des ondes gravitationnelles puissent être détectées dans le secteur sombre, mais seuls les événements cosmiques les plus puissants du secteur sombre peuvent être détectés à notre extrémité du fil.

Dans l'ensemble, nous ne prouverons presque certainement jamais l'existence de créatures mignonnes de matière noire, mais Randall souligne un point important. Lorsque nous considérons la source de la matière noire, nous devons regarder au-delà de nos préjugés; le secteur sombre peut être une famille complexe de particules de matière noire et de forces qui dépassent ce que nous pouvons imaginer.