De l’insupportable nécessité de travailler avec ce qu’on ne peut pas voir

par Thadeus Brown

Quand Vera Rubin a publié ses mesures de vitesse de rotation des galaxies dans les années soixante-dix, personne ne voulait la croire. Les étoiles en périphérie des galaxies spirales tournent trop vite. Beaucoup trop vite. Selon la mécanique newtonienne, les étoiles situées loin du centre d’une galaxie devraient ralentir, comme les planètes éloignées ralentissent dans notre système solaire. Elles ne ralentissent pas.

J’ai lu Rubin assez tard. C’est une de mes erreurs — j’avais une tendance à ignorer ce que je ne pouvais pas intégrer directement dans mes propres calculs, et la matière noire ne ressemblait à rien d’utilisable. J’ai changé d’avis. Le changement d’avis a été désagréable, comme à chaque fois.

Ce qu’on ne peut pas voir

Vingt-sept pour cent. C’est la fraction de l’univers composée de matière noire. À côté, la matière visible — étoiles, gaz, planètes, poussière, tout ce qui se voit ou se mesure par rayonnement — représente environ cinq pour cent. Le reste, c’est de l’énergie noire, et c’est un autre problème pour un autre soir.

On ne détecte pas directement la matière noire. Aucun détecteur au monde — et il y en a eu, dans des mines, sous des glaciers, dans des laboratoires souterrains — n’a encore enregistré une interaction directe avec elle. XENON à Gran Sasso cherche depuis des années. Ce que Rubin et ses successeurs ont mesuré, c’est l’effet gravitationnel : la façon dont la matière noire courbe l’espace-temps et influe sur ce qui est visible autour d’elle.

On sait qu’elle est là parce qu’elle tire sur ce qu’on voit. C’est tout.

Je trouve ça insupportable. Non pas parce que la méthode est mauvaise — elle est exacte, les mesures sont solides. Mais parce qu’elle m’oblige à travailler avec quelque chose dont je ne connais pas la nature. Je ne sais pas ce qu’est la matière noire. Personne ne sait. WIMP ? Axion ? Particule stérile neutre qui ne se couple qu’à la gravité ? Chaque candidat a ses partisans, ses détracteurs, et ses problèmes expérimentaux non résolus.

L’armature invisible

Il y a une classe de problèmes, dans la fabrication, qui ressemble à ça. On sait qu’une contrainte est là — le bras ne va pas où il doit, le mouvement n’est pas celui prévu — mais on ne peut pas la voir directement. On la devine à ses effets. On ajuste jusqu’à ce que la chose aille où elle doit aller, sans avoir jamais identifié ce qui la retenait.

Ce n’est pas une analogie parfaite. Ça ne l’est jamais.

Ce qui me retient dans le problème de la matière noire, c’est qu’on ne peut pas l’ignorer. Elle tient les galaxies en place. Sans elle, les structures à grande échelle de l’univers — filaments cosmiques, amas, grands vides — ne se forment pas dans les simulations. L’univers visible est posé sur une armature qu’on ne voit pas.

Ça ressemble à quelque chose que je connais.

Je continue à chercher ce que je cherchais avant de rencontrer ce problème. Mais je tiens maintenant compte des effets de l’invisible sur les trajectoires.

C’est un progrès. Pas le genre de progrès que j’aurais choisi, mais un progrès.

Pr. Thadeus Isidore Michal Everett Brown