L’univers est la source de nombreux questionnements. Son existence est si complexe qu’il nous est difficile d’en déterminer quoi que ce soit sans que ça ne relève de l’hypothèse seulement ; après tout, même les simples questions telles que quoi ? comment ? pourquoi ? quand ? où ? sont encore loin d’être répondues.

Cet article se concentrera sur le quoi ? de l’univers : la recette de sa composition.

Selon les astronomes, l’univers serait composé principalement de trois différents éléments :

• Matière ordinaire (4%)            (visible)
• Énergie noire (23%)                (invisible)
• Matière noire (73%)                (invisible)

Évidemment, ça n’a pas toujours été ainsi. Jusqu’en 1985, on croyait que l’univers n’était formé que de matière ordinaire, c’est-à-dire de matière comprenant uniquement des atomes ordinaires : protons, neutrons et électrons. L’avis des astronomes a changé lorsque que la technologie leur a finalement permis de recueillir et d’étudier plus précisément les données cosmiques accessibles. Leur curiosité scientifique s’est alors dirigée vers les ondes électromagnétiques traversant l’espace ainsi que vers le mouvement des étoiles et des gaz ; tout cela avec raison, puisque ceux-ci se sont montrés très révélateurs.

Cette avancée de la science les a aidés à découvrir que l’univers ne possédait pas assez d’atomes pour justifier son énorme masse. Même notre propre galaxie, la Voix Lactée, avait une masse 10 fois plus importante que celle qui aurait pu être causée par ses étoiles et débris visibles. Les astronomes ont donc compris qu’ils devaient se mettre sur la piste d’une autre recette de l’univers.

Vous avez un gâteau devant vous. On vous demande de le reproduire, mais les ingrédients nécessaires pour 96% de sa composition vous sont inconnus. Vous ne pouvez pas les voir, vous ne pouvez pas les sentir, vous ne pouvez ni les toucher ni les entendre : tout ce que vous connaissez, c’est le résultat final. Assez insurmontable comme épreuve, n’est-ce pas ?

C’est le dilemme auquel les astronomes ont eu à faire face. Mais malgré la difficulté de la tâche, ils ont réussi à percer ce mystère  — ou du moins, c’est ce qu’on pense pour le moment. Je vais vous expliquer dans quelques instants comment ils y sont arrivés. Malheureusement pour votre gâteau, je n’ai aucune réponse à lui offrir.

Les scientifiques savaient désormais que l’univers ne pouvait pas être uniquement constitué d’atomes ordinaires. À partir de cette base, deux choix leur étaient présentés : axer leurs efforts sur le développement d’outils permettant de voir cette matière indétectable, ou alors se pencher sur l’impact que celle-ci devait forcément avoir sur les atomes ordinaires. Ils ont décidé d’y aller avec la dernière option.

La matière invisible s’est dévoilée de deux façons différentes.

Pour ce qui est du premier indice, les astronomes ont dû se concentrer sur leur observation des galaxies. Grâce au télescope Hubble, il est facile d’observer la vitesse de leur pivotement (rappel : l’univers est en mouvement constant !). Il est également possible de déterminer la masse des étoiles contenues dans une galaxie, ce qui permet d’estimer sa masse totale.

Ces informations leur ont permis de venir à la conclusion suivante : les galaxies tournent à de grandes vitesses et ne contiennent pas beaucoup de masse, mais réussissent à garder leurs étoiles groupées. Pourtant, avec une si grande rapidité de rotation et une si petite masse en comparaison, il est impossible que ces galaxies puissent naturellement exister. Même en ajoutant le poids gigantesque des trous noirs, des planètes et des débris, les masses sont toujours loin d’être suffisantes pour réussir à garder les galaxies en « un seul morceau ».

Les galaxies devaient-elles donc être ajoutées à la liste des « phénomènes astronomiques dont l’existence est crue impossible » ? Non, puisque les astronomes en ont conclu qu’il devait donc forcément y avoir une indétectable matière X qui, bien qu’elle n’agissait pas comme de la matière ordinaire, devait tout de même exercer une certaine influence gravitationnelle capable de contenir ces amas d’étoiles en un seul endroit.

C’est ainsi que la matière noire est née.

Personne n’a aucune certitude quant à ce que ça pourrait être, mais grâce aux observations portées sur les galaxies, il est possible de calculer la quantité de matière noire qui est nécessaire pour avoir un tel impact sur tout l’océan cosmique. De là, il a été déterminé que la matière noire composait 73% de notre univers.

La deuxième piste vise un domaine différent : l’expansion de l’univers. Avant de me lancer dans le reste de l’explication, quelques points doivent être d’abord définis.

• Décalage vers le rouge/vers le bleu : La lumière voyage toujours à la même vitesse. Cependant, la lumière qui s’approche de nous adopte une teinte bleutée par la compression de sa longueur, tandis que la lumière qui s’éloigne de nous adopte une teinte rougeâtre par l’étirement de sa longueur. Plus la lumière s’approche rapidement, plus elle sera bleue, et plus elle s’éloigne rapidement, plus elle sera rouge.

• Supernova : Une supernova est le résultat de l’explosion d’une étoile. Sa brillance, sa taille, sa survie et sa composition dépendent de la nature de son étoile originale.

• Naine blanche : Une naine blanche est l’évolution d’une étoile de très petite taille qui conserve longtemps une température de surface élevée. Les naines blanches possèdent toutes la même masse limite.

Lorsqu’une naine blanche explose, une supernova du type 1A est provoquée. Puisque les naines blanches explosent toutes à la même masse, chaque supernova du type 1A affiche la même brillance et la même couleur.

Puisqu’elles sont toujours identiques, il est possible de calculer à quelle distance elles se trouvent de nous en étudiant la force de leur éclat. Les naines blanches sont toujours de la même couleur donc en observant la teinte de leur lumière, on découvre à quelle vitesse elles s’éloignent de nous.

Au départ, les astronomes croyaient que l’univers était né avec toute sa matière condensée en un seul endroit, qui par la suite avait commencé à se séparer et à s’éloigner au même rythme. Pour que cette deuxième partie soit vraie, il aurait fallu que toutes les étoiles — proches ou loin, peu importe — aient la même teinte de rouge étant donné qu’elles auraient dû bouger à la même vitesse. Cette croyance a changé lorsque les scientifiques se sont tournés vers l’étude de naines blanches très lointaines qui leur a permis d’observer le passé de l’univers : étant très éloignées, leur lumière mettait beaucoup de temps à nous rencontrer, ce qui signifiait que ce qu’on voyait actuellement datait de l’époque où le Big Bang venait tout juste de se produire.

Ces études ont démontré que ces naines blanches n’étaient pas aussi rouges que les autres étoiles plus jeunes dans l’univers. Puisque leur teinte était plus faible, cela signifiait que le monde avait accéléré son expansion au fil du temps et qu’il continuait constamment à s’agrandir plus rapidement.

Pour que ce phénomène puisse se réaliser, quelque chose devait être la cause de son accélération. C’est là que les astronomes ont considéré qu’il s’agissait d’énergie noire, puisque l’énergie est toujours responsable d’une montée de vitesse.

En calculant la rapidité d’expansion de l’univers et en considérant la quantité d’énergie qu’il faudrait pour faire subir le même sort à toutes les galaxies, il a été estimé que l’énergie noire composait 23% de notre univers.

C’est notre recette actuelle de l’univers.

Mais la science ne cesse de découvrir, et surtout de se redéfinir. Alors peut-être que dans dix ans, voire cinq ou même demain, cet article sera la preuve que nous n’avons jamais fini d’apprendre.