Les astronomes cartographient indirectement la matière noire, via son attraction gravitationnelle sur d'autres objets.
Paul M. Sutter est astrophysicien à Université d'État de l'Ohio, hôte de Demandez à un astronaute et Radio spatialeet auteur de "Votre place dans l'univers."Sutter a contribué à cet article Les voix d'experts de Space.com: Op-Ed & Insights.
L'étude moderne de l'univers entier, la branche de la science connue sous le nom de cosmologie, doit son statut actuel à de nombreuses figures notables, remontant à près d'un siècle de recherches dédiées et durement gagnées.
Certains de ces noms peuvent vous être familiers: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin, etc. Mais récemment, le comité du prix Nobel a reconnu les contributions d'un nom que vous ne pourriez pas reconnaître, Jim Peebles, et lui a donné la moitié du prix de physique 2019, "pour des contributions à notre compréhension de l'évolution de l'univers et de la place de la Terre dans le cosmos."
Qu'il suffise de dire que la cosmologie ne serait pas où elle est aujourd'hui sans les efforts de Jim Peebles. C'est une chose de dire Modèle Big Bang dans la simplicité du dos d'un tee-shirt (par exemple, "l'univers était plus petit et plus chaud, et maintenant ce n'est plus le cas"), mais c'est une chose complètement différente de transformer cela en une formulation mathématique précise capable de faire des prédictions à comparer. observations. Il est juste de dire que Peebles a contribué à transformer la cosmologie d'une "idée nette et généralement correcte" à "un domaine de la vraie science". Explorons trois avenues principales où ses idées nous ont guidés:
Le fond de micro-ondes cosmique
Si l'univers primitif était plus petit qu'il ne l'est aujourd'hui, alors il devait aussi être plus chaud et plus dense. Et une fois que vous acceptez cette réalité, vous vous rendez rapidement compte qu'à un certain moment dans un passé lointain, l'univers devait être si dense et si chaud qu'il existait dans un état de la matière complètement différent.
Il y a plus de 13 milliards d'années, lorsque l'univers atteignait environ un millionième de son volume actuel, tout ce qui se trouvait dans le cosmos était tellement enflé que c'était un plasma, un état de la matière dans lequel les électrons sont arrachés des atomes et libres de errent seuls. À l'époque, l'univers était assez intense.
Mais ensuite, il a vieilli, il est devenu plus gros et il est devenu plus froid. Et à un certain âge, les températures et les pressions ont chuté en dessous d'un seuil critique et les électrons ont pu se fixer aux atomes sans être immédiatement renversés. En un éclair, l'univers est devenu transparent aux rayonnements, et cette lumière - littéralement chauffée à blanc au moment de sa libération - persiste jusqu'à nos jours, imprégnant le cosmos.
Mais aujourd'hui, cette lumière a perdu beaucoup de vapeur et refroidit à quelques degrés au-dessus du zéro absolu, fermement dans la bande des micro-ondes. Cette "fond de micro-ondes cosmique"a été accidentellement découvert par une paire de physiciens des micro-ondes en 1964, mais à leur insu, un groupe de théoriciens, dont Peebles, avait déjà prédit son existence. Les physiciens des micro-ondes ont remporté le prix Nobel en 1978, mais il n'est jamais trop tard pour que le comité Nobel reconnaisse la les théoriciens aussi.
Matière noire
Dans les années 1970, l'astronome Vera Rubin découvert quelque chose de drôle avec les galaxies: les étoiles à l'intérieur étaient en orbite trop rapidement. Si rapidement, en fait, que les galaxies auraient dû se séparer il y a des milliards d'années. Mais ils étaient là, heureux comme des palourdes.
Ce qui se passait? N'avons-nous pas compris quelque chose sur la nature de la gravité à des échelles aussi grandes que les galaxies? Ou l'univers avait-il un ingrédient supplémentaire qui nous avait été caché jusqu'aux observations de Rubin?
Certains astronomes, y compris Rubin elle-même, pensaient que nous devions modifier les lois de la physique pour bien faire les choses. Mais d'autres, y compris Peebles, ont pensé qu'il y avait plus dans une galaxie qu'il n'y paraît. Il a été l'un des premiers partisans de ce que nous appelons maintenant la «matière froide et sombre» - une nouvelle forme de matière qui n'interagit pas avec la lumière (et donc n'interagit avec rien d'autre que par gravité). Nous savons maintenant que matière noire sature l'univers, engloutissant la matière normale par au moins un rapport de 5: 1.
Peebles et ses collaborateurs ont fait les démarches pour enquêter sur ce que cette nouvelle hypothèse signifierait en termes de comportement des galaxies, et ont fourni aux observateurs des tests utiles pour cibler et mesurer.
Aujourd'hui, bien que nous ne comprenions pas encore complètement la matière noire - et nous n'avons pas encore identifié son identité exacte - la preuve est venue de plusieurs angles, y compris des empreintes subtiles dans le fond des micro-ondes cosmiques lui-même, que la matière noire est un ingrédient majeur de notre univers.
Structure cosmique
Mais Peebles ne s'est pas arrêté aux premiers moments du Big Bang ou aux composants mystérieux et invisibles de notre univers. Peebles est devenu grand - très grand.
Nous voyons dans l'univers autour de nous toutes sortes de galaxies différentes dans toutes sortes d'arrangements fantaisistes. Certaines galaxies sont liées ensemble en grappes géantes, tandis que d'autres sont solitaires. Certains sont énormes et imposants, et d'autres sont petits et à peine perceptibles. Et lorsque nous effectuons un zoom arrière sur les plus grandes échelles, nous voyons un vaste "web cosmique", le plus grand motif de la nature, une structure qui s'étend d'une extrémité à l'autre de l'univers visible.
La toile cosmique est constituée de galaxies et, comme son nom l'indique, ressemble à une toile d'araignée cosmique.
Comment cette se produire?
Peebles et ses amis ont ouvert la voie pour expliquer les origines du Web cosmique, constatant que les structures de notre univers se développent lentement au fil du temps, passant de petits morceaux à des morceaux plus grands à chaque éon qui passe.
Ils ont trouvé comment rechercher des indices des germes de la structure dans le fond des micro-ondes cosmiques, visibles sous la forme de minuscules variations de température ne dépassant pas 1 partie sur 100 000. Ces variations étaient les emplacements des premiers bassins de densité légèrement supérieure à la moyenne, où davantage de matière (en particulier la matière noire!) Coulerait au cours de millions d'années.
Finalement, ces petites pépites deviendraient des galaxies, et certaines galaxies se regroupaient pour former des amas de galaxies. Et comme tout ce qui servait à construire ces grandes structures devait venir de quelque part, de vastes régions vides se sont ouvertes et étendues. Celles-ci sont devenues les lacunes du réseau cosmique, connues sous le nom de vides.
Au fil des décennies, Jim Peebles a écrit des centaines d'articles et collaboré avec des centaines d'astronomes, astrophysiciens, physiciens et cosmologistes, et il a été un acteur essentiel dans la peinture du portrait de l'univers que nous comprenons maintenant.
- Prix Nobel de physique: 1901 à aujourd'hui
- Matière noire et énergie noire: le mystère expliqué (infographie)
- 11 questions sans réponse sur la matière noire
Vous pouvez écouter le podcast Ask A Spaceman suriTuneset sur le Web à l'adresse http://www.askaspaceman.com. Posez votre propre question sur Twitter en utilisant #AskASpaceman, ou en suivant Paul @PaulMattSutter et facebook.com/PaulMattSutter. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom ou Facebook.
