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Les astronomes estiment qu’environ 85 % de toute la matière de l’univers est de la matière noire, ce qui signifie que seulement 15 % de toute la matière est de la matière normale. Compte tenu de l’énergie noire, le nom que les astronomes donnent à l’expansion accélérée de l’univers, matière noire représente environ 27% de toute l’énergie de masse dans le cosmos, selon CERN (s’ouvre dans un nouvel onglet) (l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire).
Les astronomes disposent d’une variété d’outils pour mesurer la quantité totale de matière dans l’univers et la comparer à la quantité de matière « normale » (également appelée « baryonique »). La technique la plus simple consiste à comparer deux mesures.
La première mesure est la quantité totale de lumière émise par une grande structure, comme une galaxie, que les astronomes peuvent utiliser pour déduire la masse de cet objet. La deuxième mesure est la quantité estimée de gravité nécessaire pour maintenir la grande structure ensemble. Lorsque les astronomes comparent ces mesures sur des galaxies et des amas dans tout l’univers, ils obtiennent le même résultat : il n’y a tout simplement pas assez de matière normale émettant de la lumière pour tenir compte de la quantité de force gravitationnelle nécessaire pour maintenir ces objets ensemble.
Ainsi, il doit y avoir une certaine forme de matière qui n’émet pas de lumière : la matière noire.
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Différentes galaxies ont différentes proportions de matière noire par rapport à la matière normale. Certaines galaxies ne contiennent presque pas de matière noire, tandis que d’autres sont presque dépourvues de matière normale. Mais mesure après mesure donne le même résultat moyen : environ 85 % de la matière dans l’univers n’émet pas ou n’interagit pas avec la lumière.
Pas assez de baryons
Il existe de nombreuses autres façons pour les astronomes de valider ce résultat. Par exemple, un objet massif, comme un amas de galaxies, déformera tellement l’espace-temps autour de lui qu’il courbera le chemin de toute lumière qui le traverse – un effet appelé lentille gravitationnelle. Les astronomes peuvent alors comparer la quantité de masse que nous voyons des objets émettant de la lumière à la masse nécessaire pour tenir compte de la lentille, prouvant à nouveau qu’une masse supplémentaire doit se cacher quelque part.
Les astronomes peuvent également utiliser des simulations informatiques pour observer la croissance de grandes structures. Il y a des milliards d’années, notre univers était beaucoup plus petit qu’il ne l’est aujourd’hui. Il a fallu du temps pour que les étoiles et les galaxies évoluent, et si l’univers ne devait compter que sur de la matière normale et visible, nous ne verrions aucune galaxie aujourd’hui. Au lieu de cela, la croissance des galaxies nécessitait des « pools » de matière noire pour que la matière normale s’y accumule, selon une conférence du cosmologiste Joel Primack (s’ouvre dans un nouvel onglet)
Enfin, les cosmologistes peuvent remonter à l’époque où le cosmos n’avait qu’une douzaine de minutes, lorsque les premiers protons et neutrons se sont formés. Les cosmologistes peuvent utiliser notre compréhension de la physique nucléaire pour estimer la quantité d’hydrogène et d’hélium produite à cette époque.
Ces calculs prédisent avec précision le rapport de l’hydrogène à l’hélium dans l’univers actuel. Ils prédisent également une limite absolue à la quantité de matière baryonique dans le cosmos, et ces chiffres concordent avec les observations des galaxies et des amas actuels, selon l’astrophysicien Ned Wright (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Alternatives à la matière noire
Alternativement, la matière noire peut être une incompréhension de nos théories de la gravité, qui sont basées sur les lois de Newton et la théorie générale d’Einstein. relatif.
Les astronomes peuvent modifier ces théories pour fournir des explications sur la matière noire dans des contextes individuels, comme les mouvements des étoiles dans les galaxies. Mais les alternatives à la gravité n’ont pas été en mesure d’expliquer toutes les observations de matière noire à travers l’univers.
Toutes les preuves indiquent que la matière noire est une sorte de particule inconnue. Il n’interagit ni avec la lumière ni avec la matière normale et ne se fait connaître que par la gravité. En fait, les astronomes pensent qu’il y a des billions et des billions de particules de matière noire qui vous traversent en ce moment. Les scientifiques espèrent découvrir bientôt l’identité de cette mystérieuse composante de l’univers.
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