Il y a 400 ans, nous pensions que la Terre était le centre de l'univers. Nous nous trompions. Il y a 100 ans, nous pensions que notre galaxie était tout l'univers.
Nous nous trompions. Il y a 50 ans, nous pensions comprendre de quoi était fait l'univers. Nous nous trompions et aujourd'hui, nous nous apercevons que nous nous trompons sûrement dans la manière dont on imaginait l'univers et son histoire jusqu'à aujourd'hui.
Une fois de plus. Et c'est peut-être la découverte la plus troublante de l'histoire de la science. Parce que nous venons de réaliser que plus nos instruments deviennent précis, plus nous découvrons à quel point nous ne voyons rien.
Nos télescopes scrutent des milliards d'années lumière. Nos détecteurs captent les particules les plus infimes. Nos ordinateurs simulent l'univers entier.
Le résultat ? 85 % de la réalité nous échappent complètement. C'est comme si en inventant la loupe, nous découvrions que nous sommes aveugles.
C'est comme si en perfectionnant nos oreilles, nous réalisions que nous sommes sourds. Cette histoire commence en 1970 avec une femme qui voulait simplement compter les étoiles. Ce qu'elle a découvert va bouleverser à jamais notre compréhension de l'univers.
Elle va révéler que nous vivons dans un monde d'invisible. Vera Rubin n'avait pas l'intention de révolutionner l'astronomie. En 1970, à 41 ans, cette mère de quatre enfants voulait juste répondre à une question simple.
À quelle vitesse tourne les étoiles dans une galaxie ? Une question d'apparence anodine, presque ennuyeuse. Mais parfois, les questions les plus simples cachent les réponses les plus vertigineuses.
Ce soir-là, à l'observatoire de Kit Pic en Arizona, Vera ajuste son télescope dans l'obscurité. L'air du désert est sec et froid. Au-dessus d'elle, la Voie lactée déploie ses milliards d'étoiles.
Elle pointe son instrument vers Andromède, notre galaxie voisine, cette spirale majestueuse qui flotte dans l'espace à 2,5 millions d'années lumière de nous. Vera a passé des mois à préparer cette observation. Elle veut mesurer la vitesse des étoiles à différentes distances du centre galactique.
C'est de la routine astronomique. Depuis Newton, nous savons comment les choses tournent dans l'espace. Plus vous êtes loin du centre et plus vous tournez lentement.
Dans notre système solaire, Mercure file à 48 km pars secondes autour du Soleil. Neptune au confin du système ne fait que 5 km parse. Et c'est logique, c'est prévisible, c'est les lois de Kepler vérifié depuis 400 ans.
Veras s'attend à avoir la même chose dans Andromède mais elle se trompe. Quand les premiers résultats s'affichent sur son écran, Vera fronce les sourcils. Quelque chose ne va pas.
Les chiffres n'ont aucun sens. Les étoiles au bord de la galaxie filent à 300 km par et celle près du centre et bien à 300 km/s aussi. Normalement c'est impossible.
Alors Vera vérifie ses calculs, elle refait les mesures, elle observe d'autres galaxies et résultat identiques à chaque fois. Selon les lois de Newton, ces galaxies devraient exploser. Leurs étoiles devraient être éjectées dans l'espace comme des passagers d'un manège qui tourne beaucoup trop vite.
Pourtant, Andromède existe depuis des milliards d'années. Il n'y a que deux explications possibles. Soit nos lois de la physique sont fausses, soit il y a quelque chose dans ces galaxies que nous ne voyons pas.
Une sorte de masse énorme juste là dans les galaxies qui nous sont totalement invisibles. Vera Robin vient de découvrir que l'univers nous cache des choses. Mais attendez, revenons un peu en arrière.
Comment est-ce qu'on peut dire qu'il manque de la matière dans une galaxie ? Comment est-ce qu'on peut peser quelque chose d'aussi gigantesque qu'une galaxie ? Et pour moi, c'est l'une des choses les plus fascinantes de cette histoire.
Imaginez que vous vouliez peser la Terre sans Balance. Impossible. Bah pas du tout.
Il suffit juste d'observer comment la Lune tourne autour de nous. Plus la Terre est massive, plus elle attire fortement la Lune, plus la Lune tourne vite. Et bien, c'est exactement ce que fait Vera avec les galaxies.
Elle observe comment les étoiles tournent et elle en déduit la masse nécessaire pour les maintenir en orbite. Mais voici le problème quand elle compte tout ce qu'elle peut voir dans la galaxie. Toutes les étoiles brillantes, toutes les étoiles faibles, tous les nuages de gaz, toutes les poussières cosmiques, elle trouve 1/5 seulement de la masse nécessaire.
Où sont les 4/5e manquant ? C'est comme si vous essayez d'estimer le poids de votre maison en regardant comment elle résiste au vent et qu'on découvre d'après les calculs que pour résister au vent, elle devrait peser cinq fois plus lourde que ce qu'elle semble réellement peser. C'est comme si 80 % de votre maison était invisible.
Et c'est pas tout. Cette matière invisible se contente pas juste d'exister quelque part dans l'espace lointain. Elle semble être partout autour de nous.
Elle nous traverse en ce moment même. Pendant que vous regardez cette vidéo, des milliards de particules de cette matière invisible passe à travers votre corps. Elle traverse votre peau, vos muscles, vos, votre cerveau.
Vous ne les sentez pas. Vous ne pouvez pas les arrêter. Elles ne laisse aucune trace.
Pourtant, cette matière représente 80 % de tout ce qui existe dans l'univers. Vous vivez dans un monde d'invisible. Mais qu'est-ce que c'est exactement cette matière invisible ?
Les scientifiques l'ont appelé matière noire. Pas parce qu'elle est de couleur noire, mais parce qu'elle n'aim aucune lumière. Elle n'absorbe pas de lumière, elle ne la réfléchit pas.
Elle est parfaitement transparente à toute forme de rayonnement électromagnétique. C'est un petit peu comme si elle existait dans une dimension parallèle à la nôtre. Elle ne se manifeste que par sa gravité.
C'est comme si elle ne pouvait interagir avec notre monde que par son poids. Vous ne pouvez pas la voir, pas la toucher, pas lui parler. Vous pourriez détecter sa présence par le mouvement des objets qui vous entourent.
Elle ne touche rien dans notre univers visible, sauf par la gravité. Mais cette gravité suffit à maintenir les galaxies ensemble, à structurer l'univers tout entier. Et ce qui est le plus perturbant, c'est cette proportion.
85 % d'invisibles, 15 % de visibles. C'est pas du hasard, c'est exactement le ratio nécessaire pour que l'univers fonctionne. C'est un petit peu comme si nous et le monde dans lequel on vit n'était que la partie émerger d'un iceberg beaucoup plus profond dont nous ne soupçonnons pas l'existence.
Mais pourtant, l'histoire ne fait que commencer. Parce que si cette matière existe vraiment, devrions pouvoir la détecter, devrions pouvoir la traquer, l'étudier, comprendre de quoi elle est faite. C'est là que commence la chasse la plus extraordinaire de l'histoire de la science.
Comment traquer quelque chose qui ne laisse aucune trace ? Imaginez un détective qui doivent arrêter un criminel invisible, qui ne touche rien, qui ne laisse aucune empreinte, qui ne fait aucun bruit. Comment est-ce que vous procéderiez ?
Les physiciens ont eu la même idée que notre détective imaginaire. Si vous ne pouvez pas voir le criminel directement, vous pouvez quand même observer ses effets sur l'environnement. La matière noire ne peut pas rester parfaitement invisible.
Si elle existe vraiment, elle doit parfois très rarement interagir avec notre matière. Cette interaction rarissime, les scientifiques ont décidé de la traquer. Ils ont construit les détecteurs les plus sensible de l'histoire de l'humanité.
Des machines capables de détecter le choc d'une seule particule invisible contre un seul atome de matière normale. Imaginez un détecteur capable d'entendre une aiguille tombée dans un stade de football pendant un concert de rock. C'est le niveau de sensibilité nécessaire.
L'expérience la plus ambitieuse s'appelle Luxe Zeppelin. Elle utilise 7 tonnes de xénon liquide refroidi à - 100°, enterré à 1,5 km sous terre dans une ancienne mine d'or du Dakota du Sud. Le détecteur est entouré de 72000 L d'eau ultra pure pour bloquer toute radioactivité parasite.
Pourquoi tant précaution ? Parce que si une particule de matière noire heurte un atome de xénon, elle produit un flash de lumière si faible qu'il équivaut à allumer une petite bougie sur la Lune observée depuis la Terre. Pendant des années, des équipes de physiciens ont scruté leurs écrans guettant ce flash révélateur.
Ils ont analysé des milliards d'événements. Ils ont éliminé tous les faux signaux, les rayonnements cosmiques, la radioactivité naturelle, les vibrations sismiques. Résultat, absolument rien, pas une seule particule de matière noire détectée.
C'est comme si ces fantômes avaient décidé de ne plus hanter notre monde. Mais attendez, si nous ne pouvons pas détecter la matière noire, comment pouvons-nous être sûr qu'elle existe réellement ? C'est là que l'histoire prend un tournant fascinant.
En 2006, des astronomes détectent quelque chose d'extraordinaire. Deux amas de galaxies géantes, chacun contenant des milliers de galaxies, viennent d'entrer en collision à 4700 km/s. Cette collision titanesque qu'on appelle le bullet cluster va fournir la preuve la plus spectaculaire de l'existence de la matière noire.
Imaginez deux nuages de fumée qui se percutent. La fumée se mélange, se dispersse, forme un seul nuage chaotique. C'est exactement ce qui arrive au gâchot qui baigne ses amat de galaxie.
Ce gaz, la matière normale est ralentie et chauffé par la collision. Mais quelque chose d'étrange se produit. Quand les astronomes mesurent où se trouve la masse gravitationnelle totale de ces deux amas, ils découvrent qu'elle ne coïncide pas avec le gaz visible.
La masse invisible a traversé la collision presque sans être affectée, comme si elle était constituée de particules qui n'interagissaient qu'avec la gravité. Cette observation peut être considérée comme une forme de preuve de l'existence de la matière noire. Elle montre directement que la matière invisible et la matière ordinaire peuvent se séparer.
Nous ne rêvons pas. Cette matière invisible semble réellement exister. Mais si la matière noire existe, alors de quoi est-elle faite ?
Pendant des décennies, les physiciens ont imaginé des particules de plus en plus étranges. Des particules 100 fois plus lourdes qu'un proton mais qui traversent la terre entière. sans jamais heurter un seul atome.
Les particules si légères qu'il en faudrait 10 milliards d'entre elles pour égaler la masse d'un électron, mais si nombreuse qu'elle remplirait chaque centenmètre c d'espace. Me voici une idée encore plus surprenante. Et si cette matière noire n'était pas constituée de particules isolées ?
Ici, elle formait son propre monde. Imaginez un univers parallèle au nôtre, aussi riche et complexe que le nôtre, mais complètement invisible. Il pourrait exister atomes sombres, des molécules sombres, peut-être même des planètes sombres ou des étoiles sombres.
Cet univers invisible coexisterait avec le nôtre dans le même espace sans jamais le toucher. Comme deux films projetés sur le même écran mais sur des longueurs d'ondes différentes. Vous pourriez traverser une montagne sombre sans le savoir.
Tout un écosystème invisible pourrait prospérer autour de nous dans une dimension que nous ne pouvons même pas imaginer. Cette idée n'est pas juste de la science-fiction. C'est une hypothèse sérieuse explorée par certains physiciens.
Parce que si la matière noire représente 85 % de l'univers, pourquoi serait-elle moins complexe que nos 15 % visibles ? Peut-être que tout autour de nous se cache des mondes, des planètes, des décors, des étoiles que nous ne voyons pas et peut-être même, pourrions-nous supposer des structures que nous ne soupçonnons pas. Mais voilà peut-être le mystère le plus troublant à propos de la matière noire.
Sans cette matière invisible, nous n'existerions pas. Revenons 13,8 milliards d'années en arrière. Au premier instant de l'univers, juste après le Big Bang, l'univers était un brouillard opaque et uniforme.
Les variations de densité ne dépassaient pas à 0,001 %. Comment à partir de cette uniformité presque parfaite, l'univers a-t-il pu développer les structures gigantesques que nous voyons aujourd'hui ? Les galaxies, les amades de galaxies, les filaments cosmiques qui s'étendent sur des centaines de millions d'années lumières.
La réponse, la matière noire semblait déjà avoir commencé son travail. Contrairement à la matière normale, la matière noire n'interagit pas avec la lumière. Elle n'a donc pas été affectée par le chaos des premiers instants.
Pendant que la matière ordinaire était piégée dans le plasma brûlant, la matière noire s'agglomérait déjà sous l'effet de sa propre gravité. Elle a créé des concentrations de plus en plus denses, des halo de matière noire. Ces allot sont invisibles mais leur gravité est réelle.
Quand la matière ordinaire est enfin devenue libre, 380000 ans après le Big Bang, elle a trouvé un univers déjà structuré par la matière noire. Comme l'eau qui coule dans un moule invisible, elle s'est précipitée vers les concentrations les plus denses. C'est là que les premières étoiles sont nées.
C'est là que les premières galaxies se sont formées. Chaque galaxie que nous observons aujourd'hui est nichée au cœur d'un halo de matière noire. Notre Voie lactée baigne dans un océan invisible qui s'étend sur 200000 années lumière et contient 1000 milliards de masses solaires de matière noire.
Sans cette architecture invisible, l'univers serait resté à un brouillard uniforme et vide. Pas d'étoile, pas de planète, pas de vie. Nous devons notre existence à cette matière invisible.
Mais l'enquête continue. Malgré 50 ans de recherche, la matière noire garde ses secrets. Les physiciens explorent maintenant des pistes de plus en plus audacieuse.
Il construit des télescopes spatiaux capables de cartographier l'univers invisible. Ils imaginent des détecteurs d'un nouveau genre sensibles à des interactions que nous n'avons jamais envisagé. Certains cherchent des actions, des particules si légères qu'elles se comportent comme si elles étaient des ondes.
D'autres traquent des neutrinostériles, des particules encore plus insais qui n'interagissent avec rien d'autre que la gravité. Au cerne, les physiciens tentent de créer de la matière noire artificielle en faisant s'entrechoquer des protons à des énergies colossales. Si la matière noire est constituée de particules ordinaires, ces collisions devraient pouvoir en produire.
Le problème, ces particules seraient immédiatement invisibles. Comment détecter quelque chose qui ne laisse aucune trace en cherchant l'énergie manquante. Si la matière noire est créée, elle l'emporterait de l'énergie sans laisser de signal.
Après des milliards de collisions analysées, aucune trace de matière noire n'a été trouvée. Mais après, peut-être que nous cherchons au mauvais endroit. Peut-être que la matière noire est encore plus étrange que nous l'imaginons ou peut-être qu'elle n'existe pas du tout.
En 1983, un physicien israélien propose une idée radicale. Au lieu d'inventer de nouveaux modèles de particules invisibles, pourquoi ne pas modifier les lois de la gravité ? L'idée est très simple.
À très faible accélération, comme celle des étoiles au bord d'une galaxie, la gravité deviendrait plus forte que prévue par Newton. Cette modification minuscule n'affecterait pas notre système solaire, mais changerait complètement la dynamique des galaxies. Cette théorie appelée monde explique parfaitement les observations de Verar Rubin sans ajouter une seule particule de matière noire.
Imaginez. Et si Einstein s'était trompé ? Et si nos lois de la gravité testées dans notre petit coin d'univers ne s'appliquent pas aux échelles galactiques ?
Ce serait la révolution scientifique la plus importante depuis la relativité générale. Mais voici le problème. Monde ne peut pas expliquer le bet cluster.
Elle ne peut pas expliquer comment la matière invisible et la matière visible se sépare lors de collision cosmique. Alors, qui a raison ? Les partisans de la matière noire ou ceux de la gravité modifiée ?
Et bien, peut-être que la vérité est encore plus étrange. Peut-être que la matière noire existe et que la gravité fonctionne différemment aux échelles cosmique. Peut-être que nous ne comprenons ni la matière, ni l'espace-temps.
Peut-être que nous sommes encore plus aveugles que tout ce que nous pensions. Les 10 prochaines années seront décisives. Le télescope spatial Euclide, lancé en 2023 va cartographier la distribution de la matière noire dans l'univers avec une précision inégalée.
Il va observer comment cette matière invisible déforme l'espace-temps créant des mirages gravitationnels qui révèlent sa présence. Le télescope spatial roman qui sera lancé dans quelques années va pousser cette cartographie encore plus loin. Il va attraquer les effets subtils de la matière noire sur la lumière des galaxies lointaines.
Sur Terre, une nouvelle génération de détecteurs souterrains va repousser les limites de la sensibilité. Si la matière noire interagit avec la matière ordinaire, même de façon infinitécimale, nous la trouverons. Et si nous ne trouvons rien, alors nous devrons envisager que l'univers soit encore plus mystérieux que nous l'imaginons.
Que la matière noire soit constituée de quelque chose de si exotique que nous n'avons même pas les mots pour la décrire ou peut-être que notre compréhension de la réalité soit fondamentalement erronée. La science a ce côté positif extraordinaire. Elle permet de cultiver l'humilité.
Plus on pense avoir compris quelque chose, plus on se rend compte à quel point le chemin qui reste à accomplir est encore long, qu'il reste encore beaucoup de choses à comprendre, beaucoup de choses à voir, beaucoup de choses à apprendre. Là où on pourrait penser que c'est bon, qu'on a tout compris, toutes les lois, tous les mystères, on se rend compte qu'il en reste certains et que ces mystères peuvent finir par remettre tout en question. Et ça, ça a été le cas avec la physique quantique.
À l'époque, on pensait que c'était bon, qu'on avait tout compris de la matière, des atomes et des petites anomalies sont apparues. Le problème du corps noir, la catastrophe ultraviolette. Ces petites anomalies ont fini petit à petit par faire s'effondrer tout ce qu'on croyait savoir pour nous faire reconstruire tout un pan de la science complètement différent, celui de la physique quantique.
Et si ça se trouve, c'est la même chose qui nous attend pour l'astrophysique. Peut-être ce qu'on appelle cette matière noire va finir par nous faire réfléchir au point de nous pousser à transformer radicalement la manière dont on fait de la physique aujourd'hui. 85 % de l'univers nous échappe.
Cette révélation pourrait sembler déprimante. Ça nous rappelle à quel point nous sommes ignorants, à quel point notre perception de la réalité est limitée. Mais c'est exactement le contraire.
Cette ignorance est notre plus grande chance. Ça nous dit que les plus grands mystères, les plus grandes découvertes de l'humanité sont encore devant nous. Que l'univers garde ses secrets les plus extraordinaires pour les générations futures.
