Qu'est ce que la masse manquante ?

On sait bien que toute la matière de l'univers n'est pas lumineuse. Par exemple, les trous noirs n'émettent pas de lumière directement. Cependant on sait que des trous noirs existent parce qu'on voit les effets qu'ils produisent dans leur environnement. A cause de la gravitation même la masse non lumineuse se trahit par les effets produits, en particulier sur les mouvements des astres voisins.

De plus, avec les instruments dont on dispose à un moment donné, on voit seulement une partie de notre Univers. Ce n'est pas un problème et ce n'est pas ça qu'on appelle le problème de la masse manquante.

La masse manquante est la masse qu'on déduit du calcul (grâce aux observations des mouvements dans les régions voisines) mais qui n'est pas expliquée parce que l'on voit ou ce qu'on penserait voir dans un instrument plus puissant.

La masse manquante apparaît à plusieurs échelles :

De quoi est faite la masse manquante ?

De matière ordinaire ?

Planètes

Les planètes sont très peu lumineuses par rapport aux étoiles. Elles constituent donc une matière noire qu'on ne peut voir que dans notre système solaire. Le problème est qu'elles sont aussi très peu massives. La contribution des planètes connues du système solaire est tout à fait négligeable devant la masse du soleil . La plus grosse, Jupiter, ne fait que un millième de la masse du soleil. Donc une partie de la masse manquante est probablement sous forme de planètes, mais seulement une toute petite partie.

Étoiles très faibles (étoiles de petites masses, naines brunes et naines blanches)

Ces étoiles sont si faibles qu'on ne peut les voir que dans un très proche voisinage du soleil. Si elles sont plus nombreuses qu'on le croît elles pourraient constituer une partie de la matière noire. Mais des recherches récentes de ces objets, qu'on repère parce qu'elles sont proches donc ont des grands mouvements propres, ont montré qu'elles ne sont pas assez nombreuses pour faire toute la masse manquante. Elles ne peuvent en faire qu'un maximum de 10%.

De matière "exotique" ?

On parle de matière exotique pour des particules qui ne sont ni électrons, ni protons, ni neutrons (les principales particules qui constituent la matière). Certaines particules existantes peuvent constituer de la masse manquante, d'autres ont été inventées par les théoriciens pour répondre à ce problème.

Neutrinos

Les neutrinos existent et on sait les détecter et les compter. Ils sont les particules les plus nombreuses de l'Univers. On sait même depuis peu de temps qu'ils ont une masse (on croyait avant que leur masse était nulle). Ils constituent donc certainement une partie de la masse manquante. Les dernières mesures de leur masse donnent des valeurs inférieures à 8,4 eV (c'est à dire 60000 fois moins que l'électron qui était la particule la plus légère avant cette découverte). Quand on somme la masse des neutrinos dans l'Univers on constate qu'elle ne représente finalement que 0,1 % à 18% de la masse de l'Univers. C'est donc insuffisant pour expliquer toute la masse manquante (mais ça pourrait au moins en expliquer une partie).

WIMPS

On appelle WIMPS, c'est à dire W eakly I nteracting Massive Particles en anglais, toute particule qui possède une masse mais interagit faiblement avec la matière ce qui la rend difficile, voire impossible à détecter. Quelques exemples de WIMPS : les neutralinos, les axions, les gravitinos, etc... (l'imagination des théoriciens est -presque- sans limite).

La loi de la gravitation

La dernière possibilité est de changer la loi de la gravitation . On peut imaginer que la gravitation n'agit plus aux échelles des galaxies comme elle agit à notre échelle, ou même à l'échelle du système solaire. C'est ce que certains théoriciens ont imaginé pour résoudre le problème de la masse manquante.

La chasse aux particules exotiques, aux planètes et aux étoiles naines est donc ouverte !

Conclusion : Il est probable que la masse manquante soit constituée de plusieurs types de matière. Pour le moment le plus gros de la masse manquante reste inexpliqué. Les astronomes manquent ils d'imagination ? En pratique, il est extrêmement difficile de trancher sur les caractéristiques d'une matière qu'on ne voit ni ne verra jamais. Les progrès sont donc lents dans ce domaine. D'autant plus que le modèle "standard" d'Univers n'est peut-être pas encore assez proche de la réalité.