Un deuxième Big Bang à l’origine de la matière noire ?

La matière noire est l’un des plus grands mystères de la science. Elle représente environ cinq fois plus de masse que la matière visible qui compose les étoiles et les planètes, mais elle n’a jamais été détectée directement. D’où vient-elle ? Comment interagit-elle avec la matière ordinaire ? Deux physiciens américains ont proposé une théorie audacieuse : la matière noire serait née d’un deuxième Big Bang qui aurait eu lieu peu après le premier. Cette “cosmologie alternative” pourrait expliquer certains phénomènes inexpliqués par le modèle actuel de l’Univers.

Le Big Bang sombre

Le Big Bang est l’événement qui marque le début de l’Univers tel que nous le connaissons. Il s’agit d’une phase d’expansion rapide et intense qui aurait produit la matière ordinaire et la matière noire. La matière ordinaire est celle qui forme les atomes, les molécules, les éléments chimiques, les galaxies et les étoiles. La matière noire est une forme hypothétique de matière qui n’interagit pas avec la lumière, mais qui exerce une force gravitationnelle sur la matière ordinaire. Elle permettrait ainsi de maintenir les étoiles dans leur galaxie.

Mais cette vision classique du cosmos pourrait être remise en question par une nouvelle hypothèse avancée par Katherine Freese et Martin Wolfgang Winkler, deux physiciens de l’université du Texas à Austin. Selon eux, la matière noire ne proviendrait pas du même Big Bang que la matière ordinaire, mais d’un autre Big Bang qui aurait eu lieu environ un mois après le premier. Ils appellent cet événement le “Big Bang sombre”.

Une séparation entre la matière visible et la matière noire

L’idée d’un Big Bang sombre repose sur le constat que la matière visible et la matière noire n’ont pas été observées en interaction directe, sauf par la gravité. Malgré des décennies de recherches expérimentales, les scientifiques n’ont pas réussi à détecter une particule de matière noire sur Terre. Cela suggère que la matière noire existe dans un domaine séparé de celui de la matière visible, et qu’elle n’a pas la même origine.

Freese et Winkler proposent donc un scénario cosmologique différent dans lequel seul le Big Bang chaud a produit la matière et le rayonnement visible, tandis que le Big Bang sombre a produit la matière noire. Cette séparation entre les deux formes de matière permettrait de résoudre certains problèmes liés à la formation des premières structures cosmiques.

Des traces du Big Bang sombre à détecter

Si le Big Bang sombre a réellement eu lieu, il devrait avoir laissé des traces observables par les instruments modernes. Par exemple, il devrait avoir généré des ondes gravitationnelles, c’est-à-dire des vibrations de l’espace-temps qui se propagent à travers l’Univers. Ces ondes gravitationnelles pourraient être mesurées en analysant le comportement d’étoiles très denses appelées pulsars.

Les chercheurs affirment même qu’une expérience en cours, appelée NANOGrav, pourrait avoir déjà détecté un signal d’ondes gravitationnelles provenant du Big Bang sombre. Cette expérience utilise le télescope Green Bank, le plus grand télescope entièrement orientable au monde, pour observer un réseau de pulsars.

D’autres télescopes plus puissants, comme le futur Square Kilometre Array (SKA), pourraient confirmer ou infirmer cette hypothèse avec une plus grande précision. Il faudra donc attendre encore quelques années pour savoir si cette théorie de la matière noire est valide ou non. En attendant, elle offre une perspective fascinante sur nos origines cosmiques.

Par Eric Rafidiarimanana, le 8 avril 2023