Secret des matières de l'univers

 La matière noire baryonique* (*composée de baryons, c'est-à-dire de

quarks up et down, comme le sont les protons ou les neutrons) :

 

       Il est possible d'envisager de la matière dans l'Univers qui n'émette pas assez

de lumière pour être visible : on étudie alors le cas des objets astrophysiques sombres.

Les principaux candidats qui ont été retenu sont les :

 

–                   Nuages d'hydrogène moléculaire H2

–                   Naines brunes

–                   Naines blanches

–                   Étoile à neutrons

–                   Trous noirs

 

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Une naine brune est une étoile de trop petite taille pour avoir pu contenir les réactions nucléaires de son cœur. Leur observation est difficile, car ce sont des objets relativement sombres. Cependant, elles émettent un rayonnement dans certaines longueurs d'onde, tout comme les naines blanches et les étoiles à neutrons.

 

Ensuite, une naine blanche est un astre incroyablement dense ne dépassant pas 1.44 fois la masse du Soleil, qui est le résidu d'une étoile modeste ( ne dépassant pas 8 masses solaires), ayant épuisé tout son carburant nucléaire. Elles disposent d'une propriété inédite concernant leur évolution dans le temps : à l'instar des autres étoiles, celles-ci refroidissent jusqu'à devenir presque entièrement sombre. Cependant, le télescope spatial Hubble est en mesure de détecter leur luminosité, et ainsi de déterminer leur âge. 

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Concernant les étoiles à neutron, celles-ci sont des cœurs d'étoiles supergéantes. Le cœur de ce type d'étoile s'effondre sur lui-même, ce qui résulte d'une explosion de supernova et d'une fusion des protons et des électrons formant des neutrons.

Sous l'effet de l'effondrement d'un coeur, la matière est contrainte de prendre un état dégénéré: les électrons e- ne peuvent plus rester sur leurs orbites autour des noyaux N et sont forcés de pénétrer dans les noyaux atomiques, fusionnant ainsi avec les protons pour ne plus laisser place qu'à  des neutrons confinés. 

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Pour les trous noirs, il semblerait que, comme les objets ci-dessus, ceux-ci soient détectables par le phénomène de lentille gravitationnelle, du fait de leur masse importante.

 

Cependant, l'hypothèse des objets astrophysiques sombres semble dès le départ inappropriée à la résolution du problème de la matière noire baryonique, même si l'on voulait ne serait-ce que détecter qu'une portion infime de cette matière noire. De plus, on ne comprend même pas pourquoi autant de naines brunes et de trous noirs ont pu se former durant l'histoire de l'Univers.

 

A noter qu'il n'y a pas vraiment de problème de matière noire baryonique à grande échelle, car, avec l'étude des raies obtenues après absorption des rayons cosmiques par les nuages moléculaires (des raies se décalant vers le rouge en fonction de leur distance par rapport à l'observateur), on arrive en fait à détecter la totalité des baryons de l'Univers primordial. Cet ensemble de raies d'absorption est appelé FORÊT DE LYMAN ALPHA, où la notation alpha est donnée par la transition des atomes donnant naissance à chacune des raies individuelles.

 

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Le principe de fonctionnement d'un détecteur de neutrinos est comme ceci : on tapisse une immense cuve remplie d'eau de photodétecteurs. Les neutrinos sont un des produits des réactions nucléaires du Soleil. De ce fait, comme ceux-ci n'interagissent que très peu avec la matière, une importante quantité de neutrinos passent à travers la Terre. Ce phénomène détectable est appelé rayonnement Cerenkov. Cependant, les scientifiques espèrent qu'un neutrino interagisse avec le photodétecteur. C'est pour cela que le détecteur de neutrino Super-Kamiokande au Japon est un cylindre de 40m de haut pour 40m de diamètre, rempli de 50 000t d'eau.