La matière noire est une matière étrange et mystérieuse. Il pourrait représenter jusqu’à 85% de la masse de l’univers et sa gravité affecte tout ce qui l’entoure. Mais nous ne pouvons pas le voir à l’œil nu. Nous ne l’avons jamais observé directement avec aucun de nos instruments, sur Terre ou en zoomant dans l’espace sur une sonde.
Maintenant, une équipe suisse a élaboré un plan intrigant – un moyen possible d’obtenir une lecture beaucoup plus précise de la matière noire. Cela implique de tirer des sondes vers les planètes les plus éloignées de notre système solaire, Uranus et Neptune, et d’enregistrer soigneusement chaque force tirant sur leurs trajectoires. Si on soustrait le connu forces – l’attraction gravitationnelle de chaque planète, lune et astéroïde à proximité – ce qui reste devrait être l’effet de la matière noire.
C’est une « opportunité unique » d' »améliorer les mesures des paramètres gravitationnels standard dans le système solaire », ont écrit Lorenz Zwick et son équipe du Centre d’astrophysique théorique et de cosmologie de l’Université de Zurich. une nouvelle étude évaluée par des pairs mis en ligne le 22 avril.
Le plan suisse a fière allure sur le papier. En pratique, cependant, il pourrait ne pas être possible de séparer la force de la matière noire agissant sur une sonde de, disons, la force d’un astéroïde non cartographié – ou même d’un connecteur lâche dans la sonde évacuant le rayonnement dans l’espace. En d’autres termes, nous pourrions ne pas en savoir assez sur le sujet que nous pouvez voir pour commencer à déduire des choses sur la question que nous ne peut pas voir.
La théorie actuelle est que la matière noire n’interagit pas avec les champs électromagnétiques de la même manière que la matière visible. Il n’absorbe pas la lumière et ne la réfléchit pas. Mais nous sommes presque sûrs qu’il est là. Sans elle, l’univers n’a pas de sens. Les planètes, les systèmes stellaires et les galaxies entières se comportent comme s’ils pesaient près du double de ce que leur masse visible semble impliquer. Il y a beaucoup plus de force gravitationnelle que nous ne pouvons en rendre compte simplement en additionnant la masse des objets dans l’espace.
L’écart entre ce que nous pouvons voir et ce que nous pensons y être est devenu évident au début du XXe siècle. L’écart s’est creusé au fur et à mesure que nos instruments s’amélioraient. À la fin des années 1960, Seth Shostak, un astronome désormais célèbre pour son travail sur SETI—la recherche d’intelligence extraterrestre– a utilisé un réseau de radiotélescopes en Californie pour déterminer que certaines galaxies tournaient plus vite que leurs étoiles visibles ne l’indiquaient. Shostak a supposé plus tard que les galaxies avaient une masse que nous ne pouvions pas observer directement.
Aujourd’hui, la matière noire fait partie intégrante de l’astronomie. Mais cela ne signifie pas que nous le comprenons très bien. D’une part, nous ne savons pas à quel point il est réparti uniformément. Il est possible que la matière noire soit plus dense à l’intérieur d’un système stellaire qu’elle ne l’est dans les vastes distances entre les systèmes. Il est également possible que la matière noire ait des contours à l’intérieur un système stellaire.
L’étude approfondie de Zwick sur notre propre système pourrait nous aider à répondre à cette question, avec des effets d’entraînement possibles sur les sciences spatiales. « Poursuivre de nouvelles avenues comme ce qui est proposé ici semble très excitant », a déclaré Priyamvada Natarajan, un astronome de Yale spécialisé dans la cartographie de la matière noire et n’ayant pas participé à l’étude de l’Université de Zurich, au Daily Beast.
Nous pourrions même être en mesure de déterminer si notre système solaire, ou même simplement notre coin du système solaire, est spécial. « Nos attentes actuelles pour le [dark matter] la densité sur Terre sont basées sur des observations d’étoiles autour de la galaxie, combinées à l’hypothèse que la Terre se trouve dans une partie assez typique de la galaxie pour sa distance par rapport au centre galactique », Tracy Slatyer, professeur agrégé au Centre de physique théorique de Massachusetts Institute of Technology, qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré au Daily Beast. « Ce serait fantastique si nous pouvions tester cette hypothèse. »
L’idée de Zwick est de lancer une sonde – ou deux sondes – vers les gros objets les plus éloignés du système solaire : les planètes glacées Uranus et Neptune.
« Seuls Uranus et Neptune sont des cibles sensibles puisque la mesure est sensible à la masse totale enfermée de matière noire entre le soleil et le vaisseau spatial », a expliqué Zwick à The Daily Beast. En d’autres termes, plus les cibles de vos sondes sont éloignées, plus les sondes doivent traverser de matière noire et plus elles peuvent aider à recueillir des données.
Les contrôleurs au sol suivraient attentivement les sondes, notant chaque petit changement de cap et de vitesse. L’enregistrement de ces changements est tout l’intérêt, en fait. Chacun fait allusion à l’influence de la gravité – d’une planète ou d’une lune ou d’un astéroïde ou de quelque chose.
Ou peut-être même de la matière noire. « La présence de [dark matter] produirait une force radiale proportionnelle à la masse enfermée dans l’orbite du vaisseau spatial », a écrit l’équipe de l’Université de Zurich.
Si l’équipe de Zwick ou d’autres scientifiques pouvaient envoyer des sondes aux limites extérieures de notre système et en garder une trace pendant une dizaine d’années – et oui, Zwick a en tête des sondes particulières qui pourraient être lancées dans les 15 prochaines années – ils pourraient avoir suffisamment de données pour commencer à éliminer les influences évidentes sur les trajets des sondes. Ce qui reste pourrait être une preuve de matière noire.
Certains experts en matière noire sont sceptiques quant au plan, mais peut-être pas pour des raisons évidentes. Le coût et la technologie, les obstacles habituels à une nouvelle mission spatiale, ne sont pas vraiment les problèmes. Après tout, l’enquête de Zwick ne nécessiterait pas réellement son propre vaisseau spatial. Étant donné que tout ce que les scientifiques de la matière noire doivent faire est de suivre une ou deux sondes et de construire un modèle des forces gravitationnelles sur elles, toutes les sondes feront l’affaire tant qu’elles voyagent assez loin.
Il est donc plus logique de se greffer sur les engins spatiaux existants. Ajustez simplement la liaison radio pour obtenir de meilleures données de télémétrie, et vous êtes prêt à explorer la matière noire locale. « Dans un sens, nous ne sommes que des auto-stoppeurs », a déclaré Zwick.
Peut-être que les meilleurs candidats sont une paire de sondes que la NASA veut envoyer à Uranus et Neptune à la fin des années 2030. L’agence spatiale ne s’est pas encore pleinement engagée envers les sondes, il n’y a donc aucune idée claire des instruments qu’elles pourraient transporter ou exactement quand elles pourraient être lancées. Mark Hofstadter, scientifique planétaire au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie, stressé «l’importance d’explorer au moins une de ces planètes et tout son environnement, qui comprend des lunes glacées étonnamment dynamiques, des anneaux et des champs magnétiques bizarres».
Zwick et compagnie font déjà des ouvertures à la NASA. « Si nous pouvons présenter un dossier suffisamment solide et convaincre suffisamment de personnes, nous espérons que l’idée fera boule de neige et que l’amélioration de la liaison radio deviendra une priorité dans la planification de la mission », a déclaré Zwick.
Mais même si la NASA s’engage sans délai, d’autres complications pourraient condamner la mission de matière noire de Zwick.
Pour commencer, il est possible que l’influence de la matière noire sur une sonde, même lointaine, soit vraiment, vraiment subtile. Peut-être trop subtil pour différencier d’une erreur d’arrondi dans nos calculs d’influences gravitationnelles connues. « A ma connaissance, il n’y a aucun moyen d’obtenir la sensibilité nécessaire pour mesurer la matière noire dans le système solaire uniquement par ses effets gravitationnels, à moins que la densité [of dark matter] est bien plus élevé que prévu », a averti Slatyer.
Ensuite, il y a la perspective de forces gravitationnelles inconnues qui ne sont pas matière noire. Même si le projet proposé par Zwick est une question de soustraction, il est absolument essentiel que nous comprenions tous les chiffres. Une force jusque-là inconnue, même minuscule, pourrait faire échouer tout le projet. « La précision qu’il faut atteindre dans la détermination des mouvements des objets de test dans le champ gravitationnel est… très élevée », a déclaré Francisco-Shu Kitaura, astrophysicien à l’Institut d’astrophysique des îles Canaries et à l’Université de La Laguna. t impliqué dans l’étude, a déclaré au Daily Beast. Même Zwick et son équipe ont admis que leur proposition ne fonctionnerait que « si toutes les forces agissant sur le vaisseau spatial réel sont entièrement modélisées ».
Une modélisation incomplète était à l’origine de l’une des premières déceptions en matière noire. En 1972, la sonde Pioneer de la NASA est lancée en mission sur Jupiter. Les contrôleurs ont détecté une petite accélération imprévue. Pendant un moment grisant, certains scientifiques ont cru que c’était la preuve que de la matière noire tirait sur l’engin. Ils avaient tord. « En fin de compte, les gens ont réalisé que le vaisseau spatial émettait un rayonnement thermique… ce qui l’a fait dévier légèrement de sa trajectoire », se souvient Zwick.
Bien sûr, nous ne sommes plus en 1972. Notre technologie est meilleure. Et quand il s’agit de matière noire, nous avons une idée plus claire de ce que nous recherchons. Peut-être que la mission de Zwick de cartographier des choses invisibles, en supposant qu’elle avance, échouera parce que nous n’avons pas pris en compte tous les visible trucs… encore.
Mais ce serait toujours une sonde ou deux dans la bonne direction.
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