Différence principale - matière noire contre énergie noire

Comprendre la matière noire et l'énergie noire est l'un des principaux mystères de la science. L'existence à la fois de la matière noire et de l'énergie noire est étayée par un certain nombre d'observations différentes. Cependant, on ne sait toujours pas comment la matière noire et l'énergie noire sont originaires, ni de quoi elles sont composées. Les différence principale entre la matière noire et l'énergie noire est que la matière noire interagit via la gravité et essaie de rassembler la matière, tandis que l'énergie noire accélère l'expansion de l'univers, écartant ainsi la matière.

Qu'est-ce que la matière noire

Au début des années 1930, Fritz Zwicky, un astronome suisse, étudiait comment les galaxies se déplaçaient dans les amas de galaxies. Il pouvait calculer la masse d'une galaxie en utilisant deux méthodes. Premièrement, en observant le mouvement des galaxies, il a pu déduire les forces gravitationnelles entre les galaxies et déterminer la masse qui devrait être présente. Deuxièmement, il pouvait mesurer la luminosité des galaxies et en déduire la quantité de matière qui devrait être présente. Ses résultats ont montré une divergence: lorsqu'il a utilisé le mouvement pour calculer la masse, il a obtenu une valeur beaucoup plus grande que lorsqu'il a utilisé la lumière pour mesurer la masse. Pour expliquer cela, Zwicky croyait qu'il devait y avoir une autre matière "sombre" invisible qui ne pouvait pas être expliquée par la lumière.

Au cours des quatre décennies suivantes, peu de recherches sérieuses ont été menées sur ce mystère. Dans les années 1970, Vera Rubin, qui étudiait la vitesse à laquelle les étoiles se déplaçaient autour du centre d'une galaxie, a remarqué que les étoiles plus éloignées du centre se déplaçaient à des vitesses plus rapides qu'elles n'auraient dû. Elle aussi a conclu qu'il doit y avoir une matière invisible dans une galaxie qui peut expliquer ce comportement. L'image ci-dessous résume ses découvertes:

UNE courbe de rotation de la galaxie – le graphique montre la vitesse à laquelle les étoiles se déplacent dans une galaxie, en fonction de la distance de l'étoile au centre de la galaxie. La ligne continue montre le résultat observé, tandis que la ligne pointillée montre le résultat qui était attendu lorsque seule la masse visible (c'est-à-dire la matière ordinaire) est considérée.

Un autre argument convaincant en faveur de l'existence de la matière noire vient de lentille gravitationnelle. Selon la théorie de la relativité, lorsque la lumière traverse des objets massifs, le chemin de la lumière se courbe. En conséquence, les galaxies lointaines peuvent apparaître déformées.

La lentille gravitationnelle déforme les images des galaxies lointaines

Les Amas de balles consiste en deux galaxies qui se croisent après être entrées en collision. Une image du groupe de balles est montrée ci-dessous. Nous pouvons déterminer où se trouve la matière ordinaire dans cette galaxie, en regardant les rayons X émis par les gaz. Les régions roses sur l'image montrent où la matière ordinaire est concentrée. Cependant, en étudiant les effets de lentille gravitationnelle produits par le Bullet Cluster, la majeure partie de la masse se trouve concentrée dans les régions indiquées en bleu.

Le Bullet Cluster: Les régions en rose montrent où la matière ordinaire (visible) est la plus concentrée. Les régions bleues montrent où la plus grande partie de la masse devrait être présente à partir des mesures de lentille gravitationnelle.

C'est une indication forte que la matière noire existe. Lorsque les galaxies sont entrées en collision, les particules de matière noire devraient pouvoir se croiser relativement rapidement car elles n'interagissent fortement que par gravité. La matière ordinaire interagit beaucoup plus entre elles (avec des forces électromagnétiques par exemple). Par conséquent, il faut beaucoup plus de temps pour que la matière ordinaire se dépasse. Ceci explique pourquoi les zones roses sont présentes vers le centre de l'amas.

Qu'est-ce que l'énergie noire

La lumière des étoiles qui s'éloignent de nous devient décalée vers le rouge. c'est-à-dire que lorsque nous regardons la lumière, elle apparaît plus rouge qu'elle ne devrait l'être. À la fin des années 1920, Edwin Hubble s'est rendu compte que les étoiles plus éloignées ont toujours des décalages vers le rouge, montrant que l'univers était en expansion. À la fin des années 1990, des mesures de distances et de vitesses d'étoiles encore plus éloignées à l'aide de supernovae de type Ia ont révélé que l'univers était en fait en expansion à un rythme accéléré. Ce type d'accélération ne peut pas provenir de la matière ordinaire ou de la matière noire car elles interagissent via la gravité et devraient, en fait, s'opposer à l'expansion de l'univers. Par conséquent, on pense que l'énergie noire est responsable de l'accélération de l'expansion.

Une autre preuve de l'énergie noire provient des petites fluctuations présentes dans le fond diffus cosmologique (CMB) radiation. Ces fluctuations montrent que l'univers est proche d'être « plat ». La densité masse-énergie de la matière ordinaire dans l'univers est loin d'être suffisante pour le rendre plat. Même si nous incluons la matière noire, la densité reste insuffisante. Cela peut être concilié si nous considérons que le reste de l'énergie de masse provient de l'énergie noire. À partir des mesures du fond diffus cosmologique effectuées par la sonde d'anisotropie micro-onde Wilkinson (WMAP), les estimations actuelles de la composition de l'énergie de masse dans l'univers sont les suivantes:

Le contenu massique-énergétique de l'univers, compilé à partir des données WMAP (NASA)

Il convient de mentionner que la présence de matière noire et d'énergie noire n'est pas acceptée par certains scientifiques. Au lieu de cela, ils soutiennent des théories alternatives pour décrire les effets que nous attribuons à la matière noire et à l'énergie noire. Ces théories ajoutent souvent des modifications à la théorie de la relativité afin de faire des explications. Cependant, le soutien à de telles explications alternatives diminue.

Différence entre la matière noire et l'énergie noire

Effet sur la matière

Matière noire peut interagir via la gravité et contribue donc à rapprocher la matière.

Énergie noire provoque l'expansion de l'univers à un rythme accéléré, provoquant l'écartement de la matière.

Présence

Matière noire n'est pas censé être distribué uniformément.

Énergie noire est censé être réparti uniformément dans tout l'univers.

Image de courtoisie

« Vitesses des étoiles attendues (A) et observées (B) en fonction de la distance par rapport au centre galactique. Créé en remplacement de File:newtonianfig2.png sur Wikipedia anglais. par PhilHibbs (Travail personnel dans Inkscape 0.42) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

« Qu'est-ce qui est grand et bleu et peut s'enrouler autour d'une galaxie entière ? Un mirage à lentille gravitationnelle… » ​​par Lensshoe_hubble.jpg: ESA/Hubble & NASA (Lensshoe_hubble.jpg) [Domaine public], via Wikimedia Commons

« Image composite montrant l'amas de galaxies 1E 0657-56, mieux connu sous le nom d'amas de balles… » par NASA/CXC/M. Weiss (Observatoire Chandra X-Ray: 1E 0657-56) [Domaine public], via Wikimedia Commons

« Aujourd'hui » par l'équipe scientifique de la NASA/WMAP (sponsor: National Aeronautics and Space Administration) [Pas de copyright], via la NASA Aeronautics and Space Administration