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La matière noire est partout dans l’Univers, mais personne ne parvient à la détecter. Une théorie audacieuse pourrait insuffler un nouvel élan à la quête.
Si l’on ne trouve pas la matière noire, c’est qu’on se trompe sur son origine − et donc sur ses propriétés − depuis le début. Alors qu’on la supposait directement issue du big bang, elle se serait en fait formée… avant ! Cette hypothèse est celle de Tommi Tenkanen, chercheur postdoctoral à l’Université Johns Hopkins, qui vient de donner un coup de pied dans la fourmilière de la physique théorique.
Un coup de pied bienvenu, car il faut se rendre à l’évidence : en dépit des efforts déployés pour « attraper » ces mystérieuses particules qui constitueraient 84 % de la masse de l’Univers, notamment à l’aide de gigantesques détecteurs souterrains, les chercheurs restent bredouilles.
Selon Tommi Tenkanen − et d’autres théoriciens −, si les particules de matière noire étaient vraiment un produit du big bang, on en aurait déjà vu la trace, car leurs propriétés seraient somme toute comparables à celles de la matière ordinaire. Pour lui, c’est donc clair : la matière noire est antérieure au big bang. Elle en a été « spectatrice ».
Pour comprendre, il faut se défaire de quelques idées reçues. « Ce que les cosmologistes appellent “big bang” ne correspond pas au début de l’Univers, mais plutôt à une époque, il y a 13,8 milliards d’années, où l’Univers était très chaud et dense. Cette époque a pu être précédée par d’autres phases, notamment par une ère d’expansion très rapide qu’on nomme “inflation cosmique” », explique le chercheur.
Si beaucoup de théories supposent que cette inflation est survenue une fraction de seconde après le big bang, elle pourrait aussi avoir eu lieu avant. Quand le « pré-Univers » a cessé de gonfler, toute l’énergie qu’il contenait se serait brutalement convertie en chaleur. La température aurait atteint un maximum : le fameux big bang. « Pendant l’inflation, une quantité massive de particules a pu être produite et pourrait constituer la totalité de la matière noire », précise le physicien.
Ces particules seraient de type scalaire − la seule ainsi connue étant le boson de Higgs − et n’interagiraient pas avec la matière visible. « En un sens, ce sont les sœurs jumelles invisibles du boson de Higgs », dit-il.
L’idée d’une production pré-big bang n’est pas entièrement nouvelle, mais elle se heurtait à des modélisations trop complexes. Tommi Tenkanen est le premier à en proposer un modèle mathématique simple dans la revue Physical Review Letters.
« C’est un article très intéressant. Il y a beaucoup de travail récent sur cette classe de modèles, mais son approche permet pour la première fois d’obtenir des conclusions générales qui s’appliquent à de nombreux scénarios, commente Aaron Vincent, physicien à l’Université Queen’s, qui s’intéresse à la nature des particules de matière noire. Si l’inflation a réellement eu lieu, on doit se demander si cette époque a laissé plus de traces qu’on le croyait. »
La bonne nouvelle, c’est que cette nouvelle hypothèse est démontrable, affirme son auteur. « On ne pourra jamais voir les particules en question, trop insaisissables, dans les détecteurs, pense-t-il. Par contre, si la matière noire est née pendant l’inflation cosmique, cela influe sur la façon dont les galaxies sont distribuées dans l’Univers. »
Ça tombe bien : le satellite Euclid doit être lancé en 2022 par l’Agence spatiale européenne pour scruter plus de deux milliards de galaxies et sonder le côté sombre de l’Univers. Cette mission permettra aux chercheurs de cartographier la matière noire en évaluant la distorsion que celle-ci produit sur les galaxies. « De quoi tester mon scénario », se réjouit Tommi Tenkanen.