Il n' y a pas assez de matière dans le cosmos pour expliquer le mouvement des étoiles et des galaxies. 96 % de l'univers manque à l'appel. À l'échelle de l'infiniment petit, celle de l'atome, on observe des phénomènes, on les decrit, mais on ne comprend pas vraiment ce qui se passe, on appelle ça la mécanique quantique. À l'inverse, à l'échelle de l'infiniment grand, celle des étoiles et des galaxies, on pensait comprendre se qui se passait. Newton a découvert la loi de la gravité, Einstein l'a précisée, et on pensait que tout cela fonctionnait rondement. Sauf qu'on a oublié quelque chose de fondamental ! Les astronomes ont découvert qu'une partie très importante de l'univers est manquante, en fait 96 % manque à l'appel, et ils mènent une enquète depuis plusieurs décennies.

Les atomes sont d'une polyvalence extrème. De dimentions et de configurations diverses, ils forment toutes sortes de choses... Des choses comme nous, humains, le café, une raquette, les enfants... Les choses faites d'atomes sont partout. Le Soleil, les planètes, les galaxies... tout un univers de choses faites d'atomes. Mais il y a un problème, il s'avère que l'univers entier n'est pas seulement fait d'atomes. Quelque chose que nous ne pouvons voir, tire les ficelles du cosmos. Cette chose étrangère, si elle existe, doit combler un grand vide car il manque 96 % de notre l'univers. Pour certain scientifiques, c'est sans aucun doute le plus grand défit de la physique actuelle, Pour d'autres, c'est une quète qui a dérapé.

Des scientifiques étudient au fond de mines profondes du Canada et du Nord de l'Angleterre. Ils descendent à plus d'un km et demi dans la croute terrestre pour élucider ce qui se produit dans l'espace. Ils viennent là depuis 16 ans, et ont dépensé des millions de dollars en matériel scientifique. Ils pourchassent une toute nouvelle particule. L'enjeu est énorme. Si on parvient à résoudre se problème au fond d'une mine, notre compréhension de l'univers sera immédiate, et les prix nobels vont pleuvoir.

La course a commencé dans les années 1970. C'est alors que deux professeurs de Princeton, étaient préocuper par un petit détail, la mesure du contenu de l'ensemble de l'univers. Il y avait un problème lorsqu'ils tentaient de modéliser l'univers par informatique. James Peebles et Jeremy Ostriker ont découverts que leur galaxie virtuelle se désintégrait. La solution était simple. Il fallait plus de matière dans leur galaxie car cela accroitrait la gravité, et empècherait la désintégration. En réalité, on ne trouvait pas de matière additionnelle, ils en ont donc inventé, ils l'ont appellé la matière sombre. Ce concept n'était pas inédit. Dans les années 1930, un homme a contaté quelque chose de bizarre, Ce n'était pas une hypothèse, mais une observation au télescope. En 1933, l'astronome suisse Fritz Zwicky décide d'étudier un petit groupe de sept galaxies dans l'amas de Coma. Son objectif était de calculer la masse totale de cet amas en étudiant la vitesse (ou plutôt la dispersion des vitesses) de ces sept galaxies. Il pouvait ainsi - à l'aide des lois de Newton - en déduire la masse dite "masse dynamique", puis la comparer avec la masse dite "masse lumineuse", qui est la masse déduite de la quantité de lumière émise par l'amas (en faisant l'hypothèse d'une distribution raisonnable des populations d'étoiles dans les galaxies).
Zwicky fut surpris de constater que les vitesses observées dans l'amas de Coma étaient très élevées. La masse dynamique était 400 fois plus grande que la masse lumineuse ! À l'époque, les méthodes et la précision des mesures n'étaient pas assez bonnes pour ne pas exclure des erreurs de mesure. De plus, des objets massifs tels que les naines brunes, les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs, tous des objets très peu rayonnants, étaient mal connus, tout comme leur distribution. De même pour la poussière interstellaire et le gaz moléculaire.

En 1974, Peebles et Ostriker ont annocé au monde entier que les galaxies ne pouvaient pas exister sans la matière sombre. Beaucoup de matière sombre. Beaucoup plus que se qu'avait prédit Zwicky. Vera Rubin, astronome, trouve quelque chose d'encore plus fondamental. Depuis 300 ans la loi de la gravité de Newton définissait notre compréhension. La gravité régit tout. De la chute des pommes au flux et reflux des marées... La force mystérieuse de la gravité est particulièrement évidente dans le système solaire où l'attraction du soleil retient les planètes. Vera Rubin constate lorsqu'elle trace le graphique de la vitesse des planètes en fonction de leur distance du soleil, on voit que la vitesse orbitale de Mercure, première planète, est beaucoup plus grande que celle de Pluton. Ce graphique est appelé courbe de rotation, il incarne la loi de la gravité. Plus on s'éloigne du soleil plus l'attraction gravitationnelle diminue. Les galaxies fonctionnent de la même façon que le système solaire. Sauf qu'au lieu de planètes en orbite autour d'un soleil central, dans une galaxie spirale, les étoiles sont maintenues en orbite par la gravité d'un trou noir central. Elle a braqué ses télescopes sur Andromède, la galaxie la plus près de la notre. Les étoiles défiaient les lois de la gravité. Les courbes de rotations qu'elle obtenait, n'étaient pas courbes. "Quand on observe la vitesse des étoiles en orbite dans une galaxie, on constate que leur vitesse est constante et ne diminue pas, jusqu'à la limite de nos observations, ce n'était pas prévu, il était donc évident que notre conception des galaxies était erronée".
Les étoiles allaient trop vite. Si vite qu'elle auraient dû s'échaper dans l'espace. C'était comme si elles étaient retenues en place par une gravité additionnelle. Or comme par hasard, à Princeton, il y avait juste assez de matière sombre pour combler l'écart des besoins de gravité, la concordance était providentielle, puisque nous étions là, et que l'univers ne se désintégrait pas.

Il y avait encore un tout petit problème. Personne n'avait encore trouvé de matière sombre. "Il y a 2 choses que l'on sait sur la matière sombre", Saul Perlmutter, astrophysiciens à Berkeley. La première, c'est qu'elle possède une masse car l'attraction gravitationnelle se produit entre les masse, on cherche donc quelque chose qui a une masse. On sait aussi que cette masse est importante car la masse des étoiles ordinaires et de tout se que brillent représente seulement le cinquième de la masse requise pour assurer la cohésion des étoiles dans les galaxies.

Le radiotélescope D'Arecibo Porto-rico, capte des ondes radios qui sont comme la lumière visible sauf que leur longueur d'ondes est beaucoup plus grande. Les scientifiques élaborent une représentation de l'univers à partir de l'hydrogène, l'élément le plus fondamental, le plus abondant. Ils étudient la structure de l'univers. Quand ils ont obtenu leur représentation globale, ils ont constaté que même au confins des galaxies, où il n'y a pas d'étoiles, juste de l'hydrogène, le gaz en orbite filait aussi vite que les étoiles. Même l'hydrogène gazeux était soumis à une force mystérieuse. Comme si la matière sombre formait un énorme halo omniprésent entourant une galaxie et tout ce qu'elle comprend, y compris nous même. La masse doit donc exister sous une autre forme, une forme non barionique, non atomique. La matière sombre ne serait pas constituée d'atomes comme nous.

S'ATTAQUER À NEWTON

On recherche donc une chose doté de masse mais qui n'est pas composé d'atomes, une chose qui est partout mais qu'on ne peut pas voir. La science a donc repensé son approche face a se nouveau genre de matière, il fallait de nouveau genre de scientifiques. Dans la tranquillité du fond d'une mine, les astrophysiciens cherchent une nouvelle particule et sont en quête de matière sombre. Les objets courants comme la poussière, la pierre et le gaz fait de matière banales à bases d'atomes étant exclus de leur quête, le candidat qui a leur préférence n'existe encore que sur papier et en principe il peut traversé la Terre sans être arrêté. Ils veulent capter son signal théorique. On a appelé cette particule le Neutralino, il a une masse, il peut existé dans tout l'univers et il pourrait être cette matière sombre, mais s'il existe il peut passer à travers tout ce qui est constitué d'atomes, donc aussi au travers des capteurs des scientifiques. Depuis 16 ans, ils n'ont rien trouvé...

Certains scientifiques pensent que c'est une perte de temps et d'argent. Le physicien M. Milgrom, Weizmann Institute, pense que la matière sombre n'est pas la bonne réponse, qu'il s'attaque à Newton. Les courbes de rotations n'ont aucun sens sans accroissement de la gravité. Or, il y a 2 moyens d'accroitre la gravité. Par la matière sombre ou... si la gravité ordinaire est plus forte à certains endroits. Voilà l'idée géniale ou stupide du Pr Milgrom. Contredire Newton peut s'avérer néfaste pour une carrière. Milgrom a donc revu en secret les lois de la gravité jusqu'à ce qu'il soit certain de son hypothèse. En 1981, il a présenté son hypothèse sur l'idée de la gravité variable.

La science du big bang prédit que la matière ordinaire correspond à 4 % de l'univers. Les 96 % correspondraient donc à la matière sombre ! Mais les résultats ne furent pas ceux escomptés. Au débuts des années 90, on n'avait trouvé que 21 % de matière sombre. 5 fois moins que ce qu'on espérait. 21 % seulement correspondait à la masse manquante et non pas 96 %. C'est alors que le bigbang à provoqué une autre surprise. Saul Perlmutter a entrepris de mesurer l'expension de l'univers et tout a changé une fois de plus. Il mesurait la vitesse à laquelle les étoiles qui explosent en fin de parcours, les supernovas s'éloignent de nous. Il a observé directement que l'univers semblait prendre de la vitesse. Quelque chose d'impossible. La quantité d'énergie requise pour produire l'accélération était très importante et correspondait exactement au 75 % de l'univers qui manquait. On l'a appelé énergie sombre. En fin de compte il ne manquait rien dans l'univers que ce que prévoyait le bigbang.

LE MODÈLE STANDARD CONTESTÉ

Pour le professeur M.Disney, Astronome à Cardiff University, le modèle standard n'est qu'une hypothèse qui n'est pas démontrée, sans fondements physiques tangibles. Le Pr Frank, partisan du modèle standard, pense lui le démontrer. Pourtant ses modélisations sont bien semblables à la réalité, ne sont pas des preuves.
En 2003, les résultats de WMAP par D. Spergel, Astrophysicien à Princeton, confirmait le modèle standard avec la matière sombre et l'énergie noire que l'on ne connaît pas. L'alternative est simple, ou la matière sombre existe ou Newton s'est trompé, et la gravité n'est pas constante. Avec le temps le concept controversé de la gravité variable gagne du terrain, même Vera Rubin a tendance à y souscrire. "Ce serait amusant d'apprendre que les lois de Newton doivent être modifiées à très très grandes échelles... comme il a fallu les modifier à très très petites échelles". Les scientifiques pensent maintenant que notre univers est complet et que le modèle standard explique tout. Le modèle standard avec son mélange d'atomes, d'énergie sombre et de matière sombre et la dernière d'une longue lignée d'idées brillantes.