Qu’est-ce que la “matière noire” dans l’univers ?

 

La matière noire, selon les astrophysiciens, est une forme de matière, encore théorique, qui constitue environ 85% de la matière de l’univers. 
 
L’existence de cette force invisible est impliquée par une variété d’observations dans l’univers, y compris des effets gravitationnels qui ne peuvent être expliqués par les théories acceptées de la gravité. Étant donné que la matière noire ne semble pas absorber, réfléchir ou émettre de rayonnement électromagnétique, il s’est avéré impossible jusqu’à présent de mesurer ou de fournir une preuve définitive de son existence.

Des physiciens des particules de l’université de Californie à Riverside ont publié une étude et estiment que la matière noire pourrait s’expliquer par l’existence d’une nouvelle dimension de l’espace-temps.

Dans un article de recherche publié dans le Journal of High Energy Physics, une équipe de physiciens de l’UC Riverside affirme que la présence d’une quatrième dimension pourrait expliquer l’existence de la matière noire et pourquoi elle reste invisible.

Les chercheurs déclarent : “Notre univers observé possède trois dimensions d’espace. Nous proposons qu’il existe peut-être une quatrième dimension. 
 
Americas Workshop on Linear Colliders 2020 (19-22 October 2020) · ILC  Agenda (Indico)
Dr.Tanedo
 

Cette dimension supplémentaire pourrait expliquer pourquoi la matière noire a été si bien cachée à nos tentatives d’étude en laboratoire”, explique dans un communiqué de presse le Dr Philippe Tanedo, professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’UC Riverside et co-auteur de la nouvelle étude.

Depuis le 19e siècle, la théorie de la quatrième dimension
 
Retrato de Lord Kelvin. Fuente: Wikimedia

Auparavant, l’hypothèse d’une nouvelle dimension, l’existence de forces invisibles a longtemps été théorisée.

Le premier à la suggérer fut le physicien, mathématicien et ingénieur Guillaume Thomson en 1884.

Le mathématicien William Thomson a estimé que la masse de la Voie lactée différait de la masse des étoiles visibles, concluant que “beaucoup de nos étoiles, peut-être la grande majorité d’entre elles, peuvent être des corps sombres”.

Au cours du 20e siècle, les scientifiques ont fait de nombreuses observations indirectes pour confirmer l’existence proposée par Thomson de “corps sombres” ou la présence d’une sorte de matière invisible ayant une influence significative sur l’univers.

Les preuves de l’existence d’une force invisible proviennent de calculs montrant que les galaxies ne pourraient pas se former ou se déplacer sans une grande quantité de matière invisible.

À ce jour, les chercheurs n’ont pas été en mesure de détecter directement la matière noire, ce qui a conduit la plupart des physiciens à conclure que cette substance devait être constituée de particules non baryoniques ou de particules subatomiques de masse inférieure à un proton. 
 
Les preuves indirectes, cependant, étaient suffisamment fortes pour amener la plupart de la communauté scientifique à accepter généralement l’existence de la matière noire (et de quatre dimensions, en fait : AU MOINS quatre).

“Nous vivons dans un océan de matière noire, mais nous savons très peu de choses sur ce que cela pourrait être”, a déclaré Tanedo. “C’est l’une des inconnues connues les plus irritantes de la nature. Nous savons qu’elle existe, mais nous ne savons pas comment la chercher, ni pourquoi elle n’apparaît pas là où nous l’attendions.”

Sur cet article, Tanedo et ses collègues suggèrent que les particules de matière noire ne se comportent pas comme des particules.

“L’objectif de mon programme de recherche au cours des deux dernières années a été d’étendre l’idée de matière noire” parlant “aux forces obscures”, a déclaré Tanedo dans le communiqué de presse de l’UC Riverside. 
 
“Au cours de la dernière décennie, les physiciens ont réalisé qu’en plus de la matière noire, d’autres forces obscures cachées peuvent régir les interactions de la matière noire. Confirmer leur existence pourrait complètement réécrire les règles de la recherche de la matière noire.”

Tanedo poursuit en affirmant que ce fonctionnement des “forces obscures” peut être décrit mathématiquement par une théorie qui inclut une quatrième dimension supplémentaire.

En fait, la matière noire apparaîtrait comme une séquence continue de particules adjacentes dans cette quatrième dimension. Cela expliquerait comment la matière noire est à l’origine de certains des comportements curieux observés dans les petites galaxies.

Si l’existence d’une nouvelle quatrième dimension semble sensationnelle, M. Tanedo explique que les dimensions supplémentaires ne sont qu’une astuce mathématique permettant de décrire des théories même ordinaires.

Quoi qu’il en soit, l’idée que l’existence consiste en une ou même plusieurs dimensions supplémentaires est également couramment évoquée dans la théorie des cordes ou l’univers holographique.

 Les examens précédents de la matière noire se sont principalement concentrés sur les théories expliquant des comportements similaires à ceux des particules visibles. Tanedo et ses collègues chercheurs affirment que leur nouvelle approche de la quatrième dimension explore de nouvelles possibilités non envisagées auparavant.
 
Les observations des courbes de révolution des étoiles autour du centre de leur galaxie montrent qu'elles tournent trop vite si l'on se base sur la loi de la gravitation de Newton ou sur la masse déduite de la luminosité des galaxies. Le plus probable est qu'il y ait de la matière cachée non lumineuse, de la matière noire. © Gianfranco Bertone
Les forces ordinaires peuvent être décrites comme un seul type de particule ayant une masse fixe.

La théorie proposée prévoit que les particules invisibles peuvent être décrites par un nombre infini de particules différentes ayant des masses différentes, appelées continuums.

Les scientifiques affirment que la force du continuum de ces particules invisibles serait très différente des forces perçues par la matière ordinaire. “Pour la force gravitationnelle ou électrique que j’enseigne dans mon cours d’introduction à la physique, lorsque vous doublez la distance entre deux particules, vous réduisez la force d’un facteur quatre. 
 
Une force continue, en revanche, est réduite d’un facteur allant jusqu’à huit”, a expliqué M. Tanedo.

Les chercheurs dirigés par Tanedo ont déclaré qu’elle envisageait de continuer à élargir sa théorie en explorant un modèle de “photon noir”.

“Il s’agit d’une image plus réaliste de la force obscure”, a déclaré Mme Tanedo. “Les photons noirs ont été étudiés en détail, mais notre structure en quatrième dimension réserve quelques surprises. Nous allons également nous pencher sur la cosmologie des forces obscures et la physique des trous noirs.
 
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Qu’est-ce que la “matière noire” dans l’univers ?

 

La matière noire, selon les astrophysiciens, est une forme de matière, encore théorique, qui constitue environ 85% de la matière de l'univers.  L'existence de cette force invisible est impliquée par une variété d'observations dans l'univers, y compris des effets gravitationnels qui ne peuvent être expliqués par les théories acceptées de la gravité. Étant donné que la matière noire ne semble pas absorber, réfléchir ou émettre de rayonnement électromagnétique, il s'est avéré impossible jusqu'à présent de mesurer ou de fournir une preuve définitive de son existence.

Des physiciens des particules de l'université de Californie à Riverside ont publié une étude et estiment que la matière noire pourrait s'expliquer par l'existence d'une nouvelle dimension de l'espace-temps.

Dans un article de recherche publié dans le Journal of High Energy Physics, une équipe de physiciens de l'UC Riverside affirme que la présence d'une quatrième dimension pourrait expliquer l'existence de la matière noire et pourquoi elle reste invisible.

Les chercheurs déclarent : "Notre univers observé possède trois dimensions d'espace. Nous proposons qu'il existe peut-être une quatrième dimension.  Americas Workshop on Linear Colliders 2020 (19-22 October 2020) · ILC  Agenda (Indico)
Dr.Tanedo 
Cette dimension supplémentaire pourrait expliquer pourquoi la matière noire a été si bien cachée à nos tentatives d'étude en laboratoire", explique dans un communiqué de presse le Dr Philippe Tanedo, professeur adjoint de physique et d'astronomie à l'UC Riverside et co-auteur de la nouvelle étude.

Depuis le 19e siècle, la théorie de la quatrième dimension Retrato de Lord Kelvin. Fuente: Wikimedia

Auparavant, l'hypothèse d'une nouvelle dimension, l'existence de forces invisibles a longtemps été théorisée.

Le premier à la suggérer fut le physicien, mathématicien et ingénieur Guillaume Thomson en 1884.

Le mathématicien William Thomson a estimé que la masse de la Voie lactée différait de la masse des étoiles visibles, concluant que "beaucoup de nos étoiles, peut-être la grande majorité d'entre elles, peuvent être des corps sombres".

Au cours du 20e siècle, les scientifiques ont fait de nombreuses observations indirectes pour confirmer l'existence proposée par Thomson de "corps sombres" ou la présence d'une sorte de matière invisible ayant une influence significative sur l'univers.

Les preuves de l'existence d'une force invisible proviennent de calculs montrant que les galaxies ne pourraient pas se former ou se déplacer sans une grande quantité de matière invisible.

À ce jour, les chercheurs n'ont pas été en mesure de détecter directement la matière noire, ce qui a conduit la plupart des physiciens à conclure que cette substance devait être constituée de particules non baryoniques ou de particules subatomiques de masse inférieure à un proton.  Les preuves indirectes, cependant, étaient suffisamment fortes pour amener la plupart de la communauté scientifique à accepter généralement l'existence de la matière noire (et de quatre dimensions, en fait : AU MOINS quatre).

"Nous vivons dans un océan de matière noire, mais nous savons très peu de choses sur ce que cela pourrait être", a déclaré Tanedo. "C'est l'une des inconnues connues les plus irritantes de la nature. Nous savons qu'elle existe, mais nous ne savons pas comment la chercher, ni pourquoi elle n'apparaît pas là où nous l'attendions."

Sur cet article, Tanedo et ses collègues suggèrent que les particules de matière noire ne se comportent pas comme des particules.

"L'objectif de mon programme de recherche au cours des deux dernières années a été d'étendre l'idée de matière noire" parlant "aux forces obscures", a déclaré Tanedo dans le communiqué de presse de l'UC Riverside.  "Au cours de la dernière décennie, les physiciens ont réalisé qu'en plus de la matière noire, d'autres forces obscures cachées peuvent régir les interactions de la matière noire. Confirmer leur existence pourrait complètement réécrire les règles de la recherche de la matière noire."

Tanedo poursuit en affirmant que ce fonctionnement des "forces obscures" peut être décrit mathématiquement par une théorie qui inclut une quatrième dimension supplémentaire.

En fait, la matière noire apparaîtrait comme une séquence continue de particules adjacentes dans cette quatrième dimension. Cela expliquerait comment la matière noire est à l'origine de certains des comportements curieux observés dans les petites galaxies.

Si l'existence d'une nouvelle quatrième dimension semble sensationnelle, M. Tanedo explique que les dimensions supplémentaires ne sont qu'une astuce mathématique permettant de décrire des théories même ordinaires.

Quoi qu'il en soit, l'idée que l'existence consiste en une ou même plusieurs dimensions supplémentaires est également couramment évoquée dans la théorie des cordes ou l'univers holographique.

 Les examens précédents de la matière noire se sont principalement concentrés sur les théories expliquant des comportements similaires à ceux des particules visibles. Tanedo et ses collègues chercheurs affirment que leur nouvelle approche de la quatrième dimension explore de nouvelles possibilités non envisagées auparavant. Les observations des courbes de révolution des étoiles autour du centre de leur galaxie montrent qu'elles tournent trop vite si l'on se base sur la loi de la gravitation de Newton ou sur la masse déduite de la luminosité des galaxies. Le plus probable est qu'il y ait de la matière cachée non lumineuse, de la matière noire. © Gianfranco Bertone
Les forces ordinaires peuvent être décrites comme un seul type de particule ayant une masse fixe.

La théorie proposée prévoit que les particules invisibles peuvent être décrites par un nombre infini de particules différentes ayant des masses différentes, appelées continuums.

Les scientifiques affirment que la force du continuum de ces particules invisibles serait très différente des forces perçues par la matière ordinaire. "Pour la force gravitationnelle ou électrique que j'enseigne dans mon cours d'introduction à la physique, lorsque vous doublez la distance entre deux particules, vous réduisez la force d'un facteur quatre.  Une force continue, en revanche, est réduite d'un facteur allant jusqu'à huit", a expliqué M. Tanedo.

Les chercheurs dirigés par Tanedo ont déclaré qu'elle envisageait de continuer à élargir sa théorie en explorant un modèle de "photon noir".

"Il s'agit d'une image plus réaliste de la force obscure", a déclaré Mme Tanedo. "Les photons noirs ont été étudiés en détail, mais notre structure en quatrième dimension réserve quelques surprises. Nous allons également nous pencher sur la cosmologie des forces obscures et la physique des trous noirs. 
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