astrophysique

Les secrets de la matière noire se cacheraient-ils dans des cailloux?

Les physiciens cherchent des preuves de son existence depuis plusieurs dizaines d’années. La clé de l’énigme de la matière noire pourrait se trouver non pas dans les confins de l’Univers, mais profondément enfouie sous terre

Voilà quarante ans que les physiciens traquent la matière noire. Ils ont pour cela construit des instruments souterrains, envoyé des détecteurs dans l'espace, mais cette matière demeure insaisissable. Dans un article récemment publié sur l’archive en ligne spécialisée ArXiv, des scientifiques de l’Université de Stockholm proposent une nouvelle méthode pour «attraper» les particules qui la composent: analyser des minéraux enfouis sous terre depuis des centaines de millions d’années, dans l’espoir d’y trouver des traces de leur passage.

La matière noire fait parler d’elle depuis les travaux de l’astrophysicien Fritz Zwicky en 1933. Ce dernier remarqua que des galaxies se déplaçaient à des vitesses anormalement élevées par rapport à ce que prévoyait la théorie. Si élevées que cela ne pouvait s’expliquer que d’une manière: les galaxies en question étaient en fait beaucoup plus lourdes que ce qu’on pensait. Mais quelles particules étaient responsables de cette masse? Les physiciens ont conclu à l’existence d’une matière noire, invisible, sans avoir d’idée de sa nature exacte.

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Car malgré son abondance dans l’Univers – elle serait au moins cinq fois plus abondante que la matière «normale» – personne n’a jamais réussi à la détecter. Et cela, malgré la construction de détecteurs de plus en plus sensibles, tels que le Xenon1T. Installé dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie, celui-ci utilise un cristal de xenon qui pourrait vibrer en cas d’interaction avec une particule de matière noire – que les chercheurs ont baptisé wimp. Las, les grands détecteurs sont jusqu’ici restés muets.

«Vagues» de matière noire

Dans la nouvelle étude, l’idée est à peu près la même, sauf qu’au lieu de chercher à prendre ces interactions sur le fait, les chercheurs préfèrent les traquer dans le passé, en étudiant des roches profondément enfouies dans le sol. Celles-ci pourraient abriter des minéraux ayant interagi avec des wimps dans un passé lointain. Cela permettrait théoriquement d’avoir accès à des échantillons vieux de plus d’un milliard d’années. S’il y a bien, comme le pensent les scientifiques, des «vagues» de matière noire qui traversent notre Voie lactée, ces roches auraient à un moment ou à un autre été en contact avec les fameuses particules.

A propos de la matière noire, il ne faut rien s’interdire. Toute notre physique actuelle repose dessus!

David Elbaz, astrophysicien au Commissariat français à l’énergie atomique

Mais face à cette promesse enthousiasmante se dresse un obstacle: il faut que ces échantillons aient été préservés toutes ces années. Il sera impossible de détecter la signature des wimps si les minéraux ont été en contact avec le rayonnement cosmique qui frappe la Terre continuellement. Même problème pour la radioactivité. Or on trouve dans la croûte terrestre d’importantes quantités d’uranium.

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Les chercheurs pensent tout de même pouvoir trouver leur bonheur dans des roches ultrabasiques, qui se sont formées dans le manteau terrestre, comme de l’olivine. Mais aussi dans des évaporites marines, notamment de la halite qu’on trouve dans les bassins sédimentaires. Ces minéraux ont été à l’abri des rayonnements du soleil, et ont l’avantage de se trouver dans des endroits où l’uranium est plus rare. Ils ont prévu d’utiliser des puits de forage déjà existants, que ce soit pour des recherches géologiques ou industrielles. C’est en Afrique du Sud et en Sibérie que se trouvent les roches les plus adéquates.

Fausses signatures

David Elbaz, astrophysicien au Commissariat français à l’énergie atomique, et auteur d’un livre sur la matière noire, a pu consulter l’étude: «C’est une bonne méthode, on devrait pouvoir trouver des collisions, mais ça reste de la théorie. Les auteurs sont persuadés de pouvoir distinguer ce qui relève de la radioactivité. Or, on se rend compte dans la pratique que c’est beaucoup plus compliqué que ça.» Dans une interview accordée à Nature, les auteurs de l’étude se disent confiants et pensent pouvoir détecter les fausses signatures.

Cela vaut de toute façon le coup d’essayer, pour David Elbaz: «A propos de la matière noire, il ne faut rien s’interdire. Toute notre physique actuelle repose dessus! On arrive à un stade où soit on trouve des preuves et il faut revoir tout notre corpus de connaissance. Soit on découvre qu’elle n’existe pas, et ça bouleverse ce qu’on croit acquis depuis des siècles.»

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