Depuis les travaux d’Einstein sur la relativité générale – qui ont profondément transformé notre compréhension de la gravité et ouvert la voie à la cosmologie moderne – de nombreuses questions continuent d’agiter les cercles scientifiques. Et si la relativité générale était incomplète ? Et si la matière noire n’existait pas ? Et si l’Univers tournait sur lui-même ?

À cette liste d’hypothèses fascinantes s’est ajoutée une nouvelle : et si la matière noire évoluait ? Dans une étude publiée le 5 mai, deux chercheurs de l’Université de Cornell explorent la possibilité que la matière noire change au fil du temps.

Une hypothèse inédite pour percer les mystères de la matière noire

La matière noire est une forme de matière invisible qui n’émet ni lumière ni énergie, ce qui la rend indétectable directement. D’après le CERN, elle représente environ 27 % de l’Univers, mais sa nature exacte reste inconnue.

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Contrairement à l’énergie noire, dont on suppose depuis un moment qu’elle pourrait évoluer dans le temps, l’idée d’une matière noire évolutive a été très peu explorée. L’énergie noire est une force mystérieuse responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers, tandis que la matière noire est une substance invisible qui agit comme une « colle gravitationnelle », maintenant les galaxies ensemble.

Jusqu’ici, les chercheurs qui critiquent la matière noire préfèrent en général l’éliminer complètement (en modifiant la théorie de la gravité) plutôt que de penser qu’elle pourrait simplement avoir des propriétés plus complexes. Comme le démontre Universe Today, c’est ce qui fait de cette nouvelle étude de Cornell, une hypothèse à la fois originale et prometteuse.

La clé pour résoudre la tension de Hubble ?

Pour expliquer l’évolution de l’Univers, les chercheurs ont examiné deux modèles : celui d’une énergie noire qui évoluerait dans le temps, et celui, moins étudié, d’une matière noire évolutive. Ils ont ainsi commencé par constater que ces deux idées étaient liées : ce qui compte pour le comportement de l’Univers, c’est la proportion entre la matière et l’énergie. Mais en comparant ces deux modèles, les chercheurs ont découvert que celui où la matière noire évolue correspond mieux aux données que nous avons.

Les auteurs de l’étude poursuivent en proposant que la matière noire puisse exister sous une forme un peu différente de ce que l’on pensait jusqu’à présent. Au lieu d’avoir des propriétés fixes, une partie de cette matière noire aurait une équation d’état (qui relie sa pression et sa densité) qui oscille au fil du temps.

Cette idée s’inspire des neutrinos, des particules légères qui, comme la matière noire, n’interagissent que très peu avec la lumière et dont la masse varie aussi dans le temps. Même si les neutrinos ne peuvent pas expliquer toute la matière noire, ils montrent que ce genre de comportement est possible. Les chercheurs pensent donc que 15 % de la matière noire froide pourrait avoir ce comportement oscillant, tandis que les 85 % restants resteraient stables, comme dans les modèles classiques.

Cette découverte pourrait contribuer à résoudre la fameuse tension de Hubble : ce désaccord entre deux façons de mesurer le taux d’expansion de l’Univers. L’idée d’une matière noire évolutive pourrait aider à comprendre pourquoi ces deux techniques de mesures aboutissent à des vitesses d’expansion différentes.