Cosmologie : quelle est notre place dans l`univers ? | Dossier

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Uncielbiennoir!
Yat-ilspectacleplusmagnifiquequeceluiducield'unenuitd'été?Onpeutychercheravecbonheurles
zébruresfugacesdes«étoilesfilantes»oucontemplersansselasserl'éclatdesmilliardsd'étoilesde
notreVoieLactée.
Page1/9-Uncielbiennoir!
Yat-ilspectacleplusmagnifiquequeceluiducield'unenuitd'été?Onpeutychercheravecbonheurles
zébruresfugacesdes«étoilesfilantes»oucontemplersansselasserl'éclatdesmilliardsd'étoilesde
notreVoieLactée.
Y-a-t-ilplusbellesimagesquecellesdesplanètesdenotresystèmesolaireenvoyéesaucoursdeleur
péripleparlessondesspatiales?
Etpourtant,cesimagessontenpartietrompeuses!LeCosmosqu'ellesnousrévèlentneseraitqu'une
infimepartdel'Universréel.
Légende:Avecladécouverteaucoursdeladécenniepasséede
nombreusesplanètesextra-solaires,notresystèmesolaireestpassé
durangde«star»àceluidu«quasi»anonymat.Situéàla
périphériedelagalaxiequil'héberge(laVoieLactée),lesoleil
23/10/2006-Par
AlainMazure,Astrophysicien

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n'estqu'uneétoilequelconqueparmilescentainesdemilliards
d'autresétoilesquiformentlatraînéeblanchesivisiblelesnuits
d'été.NotreGalaxien'estelle-mêmequ'unindividubanalparmiles
milliardsd'autresgalaxiesquel'onobservedansl'Univers.Maisle
plusétonnantestquecesimagesnerévèlentquelafacevisibled'un
universréeldominéparlamatièrenoireetl'énergienoire,
hypothèsesquirendentCopernictoujourspluscontemporain.
©CalvinJHamilton
C'estceréelquenousallonsicitenterd'appréhenderennousrappelanten1erlieulerôlefondamental
del'AstronomieetdelaCosmologiedansl'évolutiondesidéesscientifiquesetphilosophiques.
L'aspecttrompeurdesbellesimagesduCosmosn'estpasdûàlalimitationdenossensusuels.Sinos
yeuxnesontsensiblesqu'àuneinfimepart(«ledomainevisible»)duspectreélectromagnétique,la
technologie actuelle permet d'explorer ce spectre dans sa totalité, du domaine radio aux rayons
gammas.
Endépitdecesmoyensextraordinaires,l'essentieldelamasse,causedelarotationdesétoilesdansles
galaxiesspiralesoudesmiragesgravitationnelsauseindesamasdegalaxies,resteindétectable.Cette
«massecachée»nesemanifesteeneffetqueparsonactiongravitationnelle.
Cettemême«matièrenoire»,5à10foisplusabondantequelamatièrevisible,joueégalementunrôle
irremplaçabledanslemécanismedeformationdesgrandesstructuresdel'Univers,galaxies,amasdont
lespartiesvisiblessontoffertesànosregards.
Lemodèledu«BigBang»estdevenule«standard»delacosmologieetrendcompteavecsuccès
(avecdenombreuxautresphénomènes)del'expansiondel'Univers,expansiondévoiléeparla«fuite
desgalaxies».
Fortsdecessuccès,lescosmologisteseurentpourtantunesurprisedetailleavec,danslesannées95,la
découvertedel'accélérationdel'expansioncosmiquealorsque,dansle«modèlestandard»dominépar
lamatièrenoire,ellenepeutqueseralentir.
©BillKeelUniversityofAlabama.
Pourinterprétercenouveauphénomène,ilsembleinévitableauxphysiciensetcosmologistesd'invoquer

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une«énergienoire»possiblefossiledesphasesquantiquesdel'Universprimordial.
La«quête»decettematièrenoireetdecetteénergienoirequireprésenteraient~95%delamatière
etdel'énergietotaledel'Universestbiensûrundesaxesderecherchelesplusactuelsetsûrementdes
pluspassionnantsdelacosmologieetdelaphysiquefondamentale.
DeslaboratoiresdeMarseilledontleLAMysontpartieprenante.
Page2/9-Introduction:Copernictoujoursvivant?
Placée devant de nouvelles questions, la science connaît des changements profonds qui peuvent
débouchersurunbouleversementdesthéoriesoudesmodèlesencours,commecelafutlecasparexemple
aveclarelativitéetlaphysiquequantique.
Copernic
Ces ruptures intellectuelles avec les modes de pensée antérieurs ouvrent la plupart du temps la voie à des
avancéesinsoupçonnéespourladisciplineconsidérée.Deplus,ellesgénèrentsouventdenouveauxconcepts
jusquedanslesscienceshumainesetlaphilosophie.Ces changementsse sontopérésets'opèrentsurdes
échellesdetempsextrêmementvariables:desmillénairesetdessièclesdanslepassépourmaintenants'accélérer
etneplusprendrequequelquesdécennies.
La cosmologie, dont l'objet d'étude est l'Univers considéré comme un tout, est passée en un siècle du statut «
métaphysique » à celui de science à part entière en se dégageant de sa gangue immémoriale de mythes et de
légendes.
Lesrévolutionsengendréesparlesprogrèsdel'astronomieetdelacosmologieontétéessentiellesnonseulement
entermespurementscientifiquesmaisaussipourcequ'ellesapportentsurlaplacedel'Hommelui-mêmedansce
Cosmosqu'ilexplore.Ilsepourraitqued'autresrévolutionsfondamentalessoientencoursetc'estceque
nousallonsévoquerdanslasuite.
Lapremièrerévolutioncoperniciennefutlerejetdugéocentrisme (laTerre n'estpasaucentrede l'Univers),

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révolution qui s'élargit peu à peuà l'acceptation de la "banalité" de notre planète, de notre étoile (le Soleil), de
notregalaxie(LaVoieLactée),individusanonymesparmidesmilliardsd'autresauseinduCosmos.
Slipher
Puisilfallutprendreconscience,aveclestravauxdeSlipher,HumasonetHubblequenousvivionsdansunUniversen
expansion,vieuxde14milliardsd'années.
Humason-Hubble
Une autreétape fut ensuite franchie en réalisant que la matière quiconstitue notre environnement quotidien à
touteséchellesn'estqu'uneinfimepartdelamatièredansl'Univers.
"Lastbutnotleast",cettematière dite noirene seraitenfaitelle-mêmequ'une fractionminoritaireducontenu
'Energie-Matière(1)quigouvernel'expansionduCosmosdanssonentier.
Cette expansion, d'après des travaux récents, s'accélèreraitsous l'action d'une énergie de nature
inconnuebaptiséeEnergieNoire.
Lesconséquencesdecettedécouvertepourraient révolutionnernonseulementlaphysiquelaplus fondamentale,

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maisunefoisdepluslavisionde«notreplace»dansl'Univers.
(1)DepuisEinsteinetsacélèbrerelationE=mc2,onsaitquematièreeténergiesontéquivalentes.
Page3/9-Delamassemanquanteàlamatièrenoire
1-QuandZwicky"enrajoute".
Unedesdécouverteslesplusimportantesdel'astrophysiquecontemporaine,parsesconséquencesfondamentales
sur la cosmologie et la physique des particules, fut la mise en évidencequ'untype de matière, autre que la«
matièreordinaire»quenousconnaissons,existeraitetjoueraitunrôleessentieldansleCosmos.Ils'agitdela«
matièrenoire».Elleestainsibaptiséecarellen'émetaucunrayonnementélectromagnétiqueetn'estdétectable
queparseseffetsgravitationnels.
L'idéedematièrenoire(onparlaitalorsdemassemanquanteoudemassecachée)fitirruptionaveclestravauxde
l'astronome suisse Zwickydans les années 1930.Ce dernier, étudiant la dynamique des galaxiessises au
sein de l'amas de galaxies Coma situé dans la constellation de la Chevelure de Bérénice, voulut
comprendrepourquoilesvitessesdesgalaxiesdecetamasavaientdesvaleurstrèsélevées(onreviendraplusloin
surcettequestion).
Enfait,cettequestiondelamatièrenoirecommeconstituantdel'Universaprisuneampleurconsidérableaucours
des dernières décennies.On peut maintenant évoquer troisgrandes questions de l'astrophysique, non
encorerésoluesdemanièresatisfaisante,pourlesquellesl'existence decette matière noireseraitune
réponsecohérentecommune.
Lapremièrequestionconcernelesgalaxiesspiralesetleurrotation,laseconde,lesvitessesdesgalaxiesetla
présence d'arcs gravitationnels dans les amas de galaxies. Enfin,latroisièmerenvoie aufabuleux destin des
galaxies,leurorigineetleurévolution.
Légende:Lecentredel'amasdegalaxiesComasesituedanslaconstellationdelaCheveluredeBérénice»àune
distancede100Mpc(©ImageCFHT).C'estendéterminantlamassedecetamasaveclesmesuresdesvitessesde
quelquesgalaxiesqueZwickypritconscienceduproblèmedela«massemanquante».
2-Desgalaxiesquispiralent
Examinons d'abord le casdes galaxies spirales dontnous allons utiliser une propriété importante: le fait qu'elles