L'incroyable mystère de la matière noire : pourquoi les astronomes disent qu'il manque en action

Les astronomes ont un problème. Chaque fois qu'ils étudient la structure à grande échelle de l'univers, il devient vite évident que la quantité de matière visible ne peut pas générer suffisamment de gravité pour maintenir ensemble les structures qu'ils peuvent voir. Des choses comme les amas de galaxies et même les galaxies elles-mêmes devraient voler en éclats étant donné la quantité de matière ordinaire qu'elles contiennent.

Quelque chose d'autre doit maintenir ces choses ensemble. Les astronomes ont donc imaginé l'idée de la matière noire, une substance mystérieuse, invisible et sans interaction qui remplit l'univers, générant la gravité nécessaire pour tout maintenir ensemble.

Ce n'est pas un petit problème nécessitant une petite quantité de masse supplémentaire. Le problème est énorme. Selon la dernière image de la structure à grande échelle de l'Univers de la mission spatiale Planck, la matière visible ordinaire ne représente que 5 % de la masse/énergie totale de l'Univers tandis que la matière noire en représente 27 % (le reste est l'énergie noire encore plus mystérieuse).

Pour que les chiffres fonctionnent, les astrophysiciens nous disent que notre galaxie devrait être constituée d'au moins 80 % de matière noire.

Cela signifie que notre système solaire devrait nager dans l'étoffe. En effet, les physiciens ont calculé que des particules de matière noire devraient frapper chaque humain sur la planète à un rythme de 100 000 fois par an, comme nous l'avons vu l'année dernière.

Mais cela soulève une question importante. Si nous labourons à travers une épaisse mer de matière noire comme le suggèrent les astrophysiciens, pourquoi n'en voyons-nous pas la preuve ?

La plupart des détecteurs de matière noire fonctionnent en recherchant des preuves des collisions que la matière noire doit faire avec la matière ordinaire. Quelques-unes de ces expériences disent avoir trouvé des preuves provisoires de ces collisions.

Mais il existe une autre façon de rechercher la matière noire : par ses effets gravitationnels sur le système solaire lui-même. Si le Soleil est entouré d'une épaisse soupe de matière noire, nous devrions pouvoir voir son influence gravitationnelle sur les orbites des planètes, des lunes et des astéroïdes.

Aujourd'hui, Nikolay Pitjev de l'Université d'État de Saint-Pétersbourg et Elena Pitjeva de l'Institut d'astronomie appliquée de Saint-Pétersbourg, tous deux en Russie, ont utilisé l'ensemble de mesures d'orbites planétaires le plus détaillé jamais réalisé pour étudier cette question. Leur conclusion est que l'effet gravitationnel de la matière noire sur le système solaire est négligeable.

Pitjev et Pitjeva ont compilé un ensemble de données impressionnant composé de quelque 677 000 mesures de positions planétaires prises depuis 1910. Celles-ci incluent des mesures optiques d'observatoires sur Terre, allant des mesures de divers engins spatiaux tels que Cassini à Saturne et les missions Mars et Venus Express ainsi que diverses missions russes mesures radar des positions planétaires prises entre 1961 et 1995.

Ces données sont devenues de plus en plus précises ces dernières années. Par exemple, les données de Cassini donnent sa distance à Saturne à un mètre près.

Les astrophysiciens ont utilisé ces mesures pour modéliser le comportement du système solaire, en tenant compte des perturbations causées par les grandes planètes, la Lune, les 301 plus gros astéroïdes, les autres astéroïdes modélisés comme un anneau uniforme, les 21 plus gros objets transneptuniens et bientôt.

Ayant pris tout cela en compte, Pitjev et Pitjeva ont recherché des effets gravitationnels anormaux qui pourraient être le résultat de la matière noire. Si de la matière noire est présente dans le système solaire, cela devrait entraîner une influence gravitationnelle supplémentaire sur tous les corps, disent-ils.

La nouvelle déroutante est que Pitjev et Pitjeva ne trouvent aucune preuve de ce genre de choses dans leur analyse. S'il existe, son effet doit être inférieur aux erreurs dans les données.

En effet, pour satisfaire cette limite, ils calculent que la quantité de matière noire dans l'orbite de Saturne doit être infime. La masse de matière noire dans la sphère située sur l'orbite de Saturne devrait être inférieure à 1,7 10^−10M⊙, disent-ils. C'est à peu près la masse d'un gros astéroïde.

Les astronomes se perdent donc la tête. D'une part, ils disent que la matière noire doit maintenir notre galaxie avec une poignée gravitationnelle semblable à un étau. D'autre part, son effet gravitationnel sur le système solaire est négligeable. Quelque chose doit donner.

Ce problème des effets contradictoires de la matière noire à différentes échelles est en train de devenir le problème le plus fascinant et le plus urgent de la physique et de l'astronomie,

Les chercheurs dépensent actuellement beaucoup d'argent pour concevoir, construire et exécuter des expériences géantes à la recherche de matière noire dans notre voisinage. Et pourtant, les preuves déjà recueillies auprès d'autres sources, telles que cette analyse de Pitjev et Pitjeva, suggèrent que cet investissement peut produire un très mauvais retour.

Cela ne les empêchera pas de chercher et ne devrait pas non plus. Mais le problème de la matière noire est susceptible de générer une controverse importante dans les mois et les années à venir.

Réf : arxiv.org/abs/1306.5534 : Contraintes sur la matière noire dans le système solaire

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