Tout ce que nous avons jamais vu, photographié, étudié ou mesuré, chaque étoile, planète, galaxie, nuage de gaz et particule, ne représente qu'environ 5 % du contenu total de l'univers. Les 95 % restants ? Nous les appelons matière noire et énergie noire, et honnêtement, nous sommes encore largement dans l'ignorance à leur sujet.

Ce n'est pas une exagération faite à la légère. C'est là que la physique en est actuellement. L'univers est en expansion, et il le fait à un rythme accéléré. Quelque chose le repousse. Autre chose semble maintenir les galaxies ensemble mieux qu'elles ne le devraient sur la base de la masse visible qu'elles contiennent. Les scientifiques ont donné des noms à ces forces, l'énergie noire et la matière noire, mais nommer quelque chose et le comprendre sont deux choses très différentes.

<h3>La matière noire est l'échafaudage invisible</h3>

Voici ce qui a mis les astronomes sur la piste de la matière noire : les galaxies tournent mal. Dans une galaxie spirale typique, les étoiles situées vers les bords extérieurs devraient orbiter autour du centre galactique plus lentement que celles proches du milieu, pour la même raison que les planètes plus éloignées du Soleil mettent plus de temps à compléter une orbite.

Cependant, les observations montrent que les étoiles près du bord extérieur des galaxies spirales se déplacent à peu près à la même vitesse que celles plus proches du centre. La seule façon d'expliquer cela est s'il y a beaucoup plus de masse dans et autour de la galaxie que nous ne pouvons en voir, générant une attraction gravitationnelle supplémentaire.

La matière noire constitue environ 27 % de l'univers. Elle n'émet, n'absorbe ni ne réfléchit la lumière. Elle n'interagit pas du tout avec le rayonnement électromagnétique. La seule chose qui la trahit, c'est la gravité.

Les scientifiques ont proposé plusieurs candidats pour ce qu'elle pourrait être réellement, y compris les WIMPs (particules massives interagissant faiblement), les axions et même les trous noirs primordiaux. Aucun d'entre eux n'a encore été détecté directement, ce qui fait de la matière noire l'une des recherches les plus actives et les plus frustrantes en physique.

<h3>L'énergie noire est encore plus étrange</h3>

L'énergie noire est un mystère d'un autre genre. Le terme a été inventé en 1998 par l'astrophysicien de l'Université de Chicago Michael Turner, et il a choisi ce nom délibérément. Il voulait une expression qui signale qu'il s'agissait d'un problème profond et non résolu, pas quelque chose qui serait facilement expliqué.

Deux équipes indépendantes d'astronomes étudiant les supernovae à la fin des années 1990 ont découvert que les galaxies lointaines ne s'éloignaient pas seulement de nous, elles accéléraient. L'expansion de l'univers s'accélérait, au lieu de ralentir comme la gravité le prédirait. C'était choquant. Comme l'a dit Turner, c'était comme lancer des clés en l'air et les regarder voler vers le plafond au lieu de retomber.

L'énergie noire semble constituer environ 68 à 70 % de toute l'énergie et de la matière dans l'univers. Contrairement à la matière noire, qui s'agglomère autour des galaxies, l'énergie noire est uniformément répartie dans l'espace. Elle ne semble pas se diluer à mesure que l'univers s'étend. Et elle n'est devenue la force dominante dans le comportement de l'univers que relativement récemment, il y a environ cinq milliards d'années.

<h3>Les théories principales (et pourquoi aucune ne fonctionne entièrement)</h3>

L'explication la plus populaire est la constante cosmologique, essentiellement l'énergie du vide spatial lui-même. Einstein a en fait inventé ce concept comme une correction mathématique pour ses équations, puis l'a rejeté. L'idée a ensuite été relancée.

Le problème est que lorsque les physiciens calculent ce que devrait être cette énergie du vide sur la base de la théorie quantique, la réponse est erronée de plus de 100 ordres de grandeur par rapport à ce qui est réellement observé. Ce n'est pas une petite divergence.

Une autre théorie, appelée quintessence, traite l'énergie noire comme une sorte de champ dynamique qui change avec le temps. Certaines récentes enquêtes à grande échelle sur les galaxies ont trouvé des indices pointant dans cette direction, mais rien de concluant pour l'instant. Une troisième possibilité est que la relativité générale d'Einstein soit simplement incomplète, et que ce qui ressemble à de l'énergie noire soit en réalité une lacune dans notre compréhension de la gravité elle-même. « Il est un peu embarrassant que nous n'ayons aucune idée de ce que constituent 70 % de l'univers », a déclaré le professeur Joshua Frieman, qui a cofondé le Dark Energy Survey. Cela résume assez bien la situation.

La science ne perd pas sa dignité en admettant son ignorance. La matière noire et l'énergie noire nous rappellent que l'humilité fait partie de la découverte. Nous avons cartographié 5 % du cosmos avec brio, mais 95 % restent un point d'interrogation. Ce n'est pas un échec — c'est une invitation. Chaque inconnue est une porte. Et la physique commence à peine à tourner la poignée.