La majeure partie de la matière ordinaire de l'univers ne se trouve ni dans les planètes, ni dans les étoiles, ni dans les galaxies ; un astronome explique sa répartition.
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Bien que l’espace soit souvent décrit comme un vide, il n’est pas complètement vide.
Illustration de la matière noire concentrée au cœur d’une galaxie spiraleCet article a été initialement publié sur The Conversation. de Space.com La publication a fourni l’article à la rubrique Expert Voices : Op-Ed & Insights .
Si vous observez l’espace avec un télescope, vous verrez d’innombrables galaxies, dont la plupart abritent de grands trous noirs centraux , des milliards d’étoiles et leurs planètes. L’univers regorge d’objets immenses et spectaculaires, et l’on pourrait croire que ces objets massifs renferment la plus grande partie de la matière cosmique.
La théorie du Big Bang prédit qu’environ 5 % du contenu de l’univers devrait être constitué d’atomes composés de protons, de neutrons et d’électrons. Or, la plupart de ces atomes sont introuvables dans les étoiles et les galaxies – une contradiction qui intrigue les astronomes.
Si elle ne se trouve pas dans les étoiles et les galaxies visibles, la matière a plus de chances de se cacher dans l’espace obscur entre les galaxies. Bien que l’espace soit souvent qualifié de vide, il n’est pas totalement vide. Des particules et des atomes individuels sont dispersés dans tout l’espace entre les étoiles et les galaxies, formant un réseau sombre et filamenteux appelé la « toile cosmique ».
Tout au long de ma carrière d’astronome , j’ai étudié cette toile cosmique, et je sais combien il est difficile de rendre compte de la matière disséminée dans l’espace.
Dans une étude publiée en juin 2025, une équipe de scientifiques a utilisé une technique radio unique pour réaliser le recensement de la matière ordinaire dans l’univers.
Le recensement de la matière normale
L’endroit le plus évident pour chercher de la matière ordinaire est sous forme d’étoiles. La gravité rassemble les étoiles en galaxies , et les astronomes peuvent dénombrer les galaxies dans tout l’univers observable.
Le recensement aboutit à plusieurs centaines de milliards de galaxies, chacune composée de plusieurs centaines de milliards d’étoiles. Ces chiffres sont incertains car de nombreuses étoiles se trouvent en dehors des galaxies . On estime qu’il y en a 10⁶. 23 Il y a des étoiles dans l’univers, soit des centaines de fois plus que le nombre de grains de sable sur toutes les plages de la Terre. On estime qu’il y en a 10 puissance 82 atomes dans l’univers. (1 suivi de 82 zéros)
Cependant, ce nombre prodigieux est loin d’expliquer toute la matière prédite par le Big Bang. Un calcul précis indique que les étoiles ne contiennent que 0,5 % de la matière de l’univers. On suppose que dix fois plus d’atomes flottent librement dans l’espace. Seuls 0,03 % de la matière sont constitués d’éléments autres que l’hydrogène et l’hélium, notamment le carbone et tous les constituants fondamentaux de la vie.
La toile cosmique est une structure fondamentale de notre universRegarder entre les galaxies
Le milieu intergalactique – l’espace entre les galaxies – est un quasi-vide, avec une densité d’un atome par mètre cube, soit un atome tous les 35 pieds cubes. C’est moins d’un milliardième de milliardième de la densité de l’air sur Terre. Même à cette densité extrêmement faible, ce milieu diffus est de 92 milliards d’années-lumière contient une quantité considérable de matière, compte tenu du diamètre colossal de l’univers, qui .
Le milieu intergalactique est extrêmement chaud , avec des températures de plusieurs millions de degrés. De ce fait, il est difficile à observer, sauf à l’aide de télescopes à rayons X , car les gaz extrêmement chauds émettent des rayons X à très courte longueur d’onde . La sensibilité des télescopes à rayons X est limitée car ils sont plus petits que la plupart des télescopes optiques.
Déploiement d’un nouvel outil
Des astronomes ont récemment utilisé un nouvel outil pour résoudre le problème de la matière manquante. Les sursauts radio rapides sont d’intenses impulsions d’ondes radio qui peuvent libérer en une milliseconde autant d’énergie que le Soleil en trois jours. Découverts en 2007, ces sursauts sont causés par des restes stellaires compacts dans des galaxies lointaines. Leur énergie s’atténue lors de leur propagation dans l’espace et, lorsqu’elle atteint la Terre, elle est mille fois plus faible qu’un signal de téléphone portable émis sur la Lune puis détecté sur Terre.
Des recherches menées début 2025 suggèrent que ces sursauts proviennent de la région fortement magnétique qui entoure une étoile à neutrons ultra-compacte. Les étoiles à neutrons sont des vestiges incroyablement denses d’étoiles massives qui se sont effondrées sous l’effet de leur propre gravité après une explosion de supernova. Le type particulier d’étoile à neutrons qui émet des sursauts radio est appelé magnétar ; son champ magnétique est mille milliards de fois plus puissant que celui de la Terre.
Bien que les astronomes ne comprennent pas encore pleinement les sursauts radio rapides, ils peuvent les utiliser pour sonder l’espace intergalactique. Lors de leur propagation, les interactions avec les électrons du gaz intergalactique chaud ralentissent préférentiellement les grandes longueurs d’onde. Le signal radio s’étale, un peu comme un prisme qui transforme la lumière du soleil en arc-en-ciel. Les astronomes utilisent l’ampleur de cet étalement pour calculer la quantité de gaz traversée par le sursaut avant d’atteindre la Terre.
Énigme résolue
Dans une nouvelle étude , publiée en juin 2025, une équipe d’astronomes du Caltech et du Centre d’astrophysique de Harvard a étudié 69 sursauts radio rapides à l’aide d’un réseau de 110 radiotélescopes en Californie. L’équipe a découvert que 76 % de la matière ordinaire de l’univers se trouve dans l’espace intergalactique, 15 % dans les halos galactiques (la région entourant les étoiles visibles d’une galaxie) et les 9 % restants dans les étoiles et le gaz froid à l’intérieur des galaxies.
Le décompte complet de la matière ordinaire dans l’univers confirme fortement la théorie du Big Bang. Cette théorie prédit l’ abondance de matière ordinaire formée durant les premières minutes de l’univers ; en retrouvant les 5 % prédits, elle réussit un test crucial.
Plusieurs milliers de sursauts radio rapides ont déjà été observés, et un futur réseau de radiotélescopes devrait porter ce rythme de découverte à 10 000 par an. Un échantillon aussi important permettra aux sursauts radio rapides de devenir de puissants outils pour la cosmologie . La cosmologie est l’étude de la taille, de la forme et de l’évolution de l’Univers. Les sursauts radio pourraient permettre non seulement de compter les atomes, mais aussi de cartographier la structure tridimensionnelle de la toile cosmique.
Un diagramme circulaire illustrant le bilan matière-énergie de l’universDiagramme circulaire de l’univers
Les scientifiques ont peut-être désormais une image complète de la répartition de la matière ordinaire, mais la majeure partie de l’univers est encore composée de substances qu’ils ne comprennent pas entièrement.
Les constituants les plus abondants de l’univers sont la matière noire et l’énergie noire, deux phénomènes encore mal compris. L’énergie noire est à l’origine de l’ expansion accélérée de l’univers , tandis que la matière noire est le liant invisible qui assure la cohésion des galaxies et de l’univers.
encore inexploré, La matière noire est probablement un type de particule fondamentale qui ne fait pas partie du modèle standard de la physique des particules. Les physiciens n’ont pas encore réussi à détecter cette particule, mais nous savons qu’elle existe car, selon la relativité générale , la masse courbe la lumière, et l’effet de lentille gravitationnelle est bien plus important que ce que la matière visible peut expliquer. Grâce à cet effet, un amas de galaxies courbe et amplifie la lumière d’une manière analogue à une lentille optique . La matière noire est plus de cinq fois plus massive que la matière conventionnelle.
Un mystère est peut-être résolu, mais un plus grand encore demeure. Si la matière noire reste énigmatique, nous en savons désormais beaucoup sur les atomes ordinaires qui nous composent et sur le monde qui nous entoure.
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Ça donne envie de passer du temps dans des observatoires astronomiques
