Les 5 plus grands mystères cosmiques que les scientifiques tentent toujours de résoudre

Avec toutes les merveilles technologiques que nous avons aujourd'hui, il est tentant de penser que nous avons toutes les réponses. Cependant, la réalité de la situation est très différente: de nombreuses questions fondamentales sur la nature de l'univers sont toujours sans réponse. Voici les choses qui gardent les cosmologues la nuit.

Matière noire: les galaxies sont bizarres

Nous sommes tous habitués au fait que la gravité maintient les choses ensemble – c'est la gravité qui vous maintient apposée sur la terre, la lune en orbite autour de la terre et la terre en orbite autour du soleil. Nous comprenons intuitivement l'interaction entre la masse et la gravité.

Malheureusement pour les astronomes, il y a quelque chose de bizarre dans la gravité des galaxies.

Tout comme la façon dont la gravité maintient la terre en orbite autour du soleil, la gravité maintient également les étoiles des galaxies en orbite autour du centre de la galaxie. En utilisant un mélange d'observation et de théorie, les astronomes sont capables d'estimer la quantité de masse d'une galaxie et peuvent estimer les forces gravitationnelles exercées sur les étoiles.

Le problème se pose lorsque vous commencez à regarder à quelle vitesse les étoiles orbit dans une galaxie. Comme les planètes de notre système solaire, vous vous attendez à ce que les étoiles sur le bord extérieur d'une galaxie en orbite plus lentement que celles vers le centre de la galaxie. Cependant, ce n'est pas ce que les scientifiques voient. Au lieu de cela, les étoiles orbitent à peu près la même vitesse, quelle que soit leur distance du centre galactique. Vous pourriez voir cela appelé «problème de rotation de la galaxie».

Compte tenu du mouvement des étoiles, les scientifiques ont conclu qu'il devait y avoir une question supplémentaire que nous ne pouvons pas voir distribuée dans les galaxies.

Les scientifiques ont surnommé cette «matière noire» invisible et ont chassé des indices pour l'expliquer depuis sa première prévision. Personne ne sait de manière concluante ce qu'est la matière noire, mais l'explication la plus populaire est que la matière noire est constituée de particules massives faiblement interagies (massives par rapport aux protons et aux neutrons de toute façon), ou des WIMP pour faire court. Malheureusement, par définition, les particules en interaction faiblement sont extrêmement difficiles à observer directement.

Bethany Baldwin-Pulcini et Steven Hyatt de UC Davis ont construit une application Web pratique qui vous permet d'explorer la relation entre la masse du trou noir d'une galaxie, la quantité de matière régulière et la quantité de matière sombre sur la vitesse des étoiles.

Le mouvement étrange des galaxies n'est pas la seule preuve de la matière noire. Lorsque la lumière passe à travers un champ gravitationnel, le chemin qu'il prend et le virage devient plus extrême à mesure que le champ gravitationnel devient plus fort. Lorsque vous regardez des grappes de galaxies, qui ont une masse incroyable, vous pouvez réellement voir la lumière de flexion de la gravité.

Les scientifiques ont calculé la quantité de lumière devrait Bend basé sur la quantité de matière que nous pouvons voir, et ils ont constaté que la lumière se plie plus que prévu. Les champs gravitationnels inattendus sont encore plus forts sont encore plus de preuve qu'il y a beaucoup de matière dans l'univers qui nous est invisible.

Selon la NASA, jusqu'à 85% de la matière totale de l'univers est en fait la matière noire.

Hubble Tension: nous ne pouvons pas convenir à quelle vitesse l'univers se développe

En 1929, le scientifique Edwin Hubble a découvert quelque chose de remarquable: l'univers se développe. À l'époque, c'était révolutionnaire – même Einstein s'était trompé à l'origine. Dans les années 1990, les choses sont devenues encore plus étranges. Non seulement l'univers se développe, mais le taux d'expansion augmente en fait, probablement en raison de l'influence mystérieuse d'une «énergie sombre».

Depuis lors, les scientifiques ont l'intention de calculer à quelle vitesse l'univers se développe à l'aide d'instruments comme le télescope spatial Hubble, le télescope spatial James Webb et Planck.

Pour ce faire, ils utilisent des «bougies standard», qui sont des objets dont la luminosité est bien comprise. Cela semble compliqué, mais ce n'est pas aussi exotique que vous le pensez. Si vous savez à quel point quelque chose est réellement léger et que vous savez à quel point il apparaît, vous pouvez déterminer à quel point il est loin. Les deux exemples les plus célèbres de ces bougies standard sont les étoiles variables Cephiés et les supernovae de type IA, qui ont tous deux été étudiées. L'image ci-dessous marque certaines étoiles variables de Cepheid dans UGC 9391, une galaxie à plus de 130 millions d'années-lumière de la Terre.

D'un autre côté, vous pouvez également examiner des choses comme le fond micro-ondes cosmique (CMB), qui n'a été créé que 400 000 ans après le Big Bang, pour estimer la vitesse à laquelle l'univers est en train de se développer.

Voici le problème lorsque vous faites le calcul: vous obtenez des réponses très différentes. Le taux d'expansion calculé à l'aide de «bougies standard» est d'environ 9% plus rapide que si vous le mesurez en utilisant le fond micro-ondes cosmique. Les scientifiques savent pourquoi cette différence existe, mais ils sont extrêmement certains que ce n'est pas un problème avec les mesures. Quelque chose d'autre est au travail.

Une étude publiée dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society suggère que l'univers entier tourne lentement, ce qui pourrait donner naissance à l'écart.

Dark Energy: Pourquoi l'univers se développe-t-il?

Les scientifiques sont convaincus que l'univers se développe à un rythme croissant, mais personne ne sait entièrement comment ni pourquoi cela se produit.

L'explication principale est qu'il existe une source d'énergie inconnue, généralement appelée «énergie noire», qui alimente l'expansion. D'où vient cette énergie est également une question de débat.

La théorie la plus courante – généralement juste appelée «constante cosmologique» – est que l'espace a toujours une certaine quantité minimale d'énergie, de sorte que l'univers se développe, plus d'énergie apparaît spontanément. Malheureusement, la théorie ne peut pas prédire actuellement avec précision la quantité d'énergie que nous avons observée, et la réponse finale à l'énergie sombre nécessitera probablement une nouvelle physique à découvrir.

Matter vs antimatter: Pourquoi existons-nous?

Tout ce que vous touchez dans votre vie quotidienne est composé de matière, parfois appelée matière « baryonique ». Mais il y a un problème: il (et vous) ne devrait probablement pas être ici.

Tout comme il y a des pôles nord et sud sur un aimant, et des bornes négatives et positives sur une batterie, la matière a également une affaire opposée, à juste titre nommée « antimatter » ou « anti-caryonique ».

L'antimatière et la matière ont des propriétés égales et opposées. Par exemple, lorsque vous parlez de matière ordinaire, le noyau d'un atome de protons chargés positivement. Avec l'antimatière, le noyau a une charge négative, car elle est composée d'anti-protons chargés négativement. Nous pouvons réellement produire de l'antimatière en petites quantités en laboratoire.

Alors, que se passe-t-il si vous combinez la matière et l'antimatière? Ils anéantissent – violemment. Les réactions de matière-antimatter sont efficaces à 100%. La masse combinée de la matière et de l'antimatière est convertie en énergie.

Si la matière et l'antimatière avaient été créés en quantités égales au début de l'univers, aucun de nous ne serait ici aujourd'hui – la matière et l'antimatière se seraient anéantis. Les scientifiques ont enquêté sur des objets dans l'espace profond, comme le groupe de balles ci-dessous, dans le but de trouver des signes d'antimatière depuis le début de l'univers, avec peu de succès. Le fait que nous soyons ici, et qu'une grande partie de l'univers observable est fait de la matière, est bizarre.

Cela arrive au cœur du mystère: pourquoi y a-t-il autant de matière et si peu anti-matière? Jusqu'à présent, personne ne le sait.

Le big bang

Le Big Bang est généralement soutenu par les preuves que les scientifiques ont recueillies au cours du siècle dernier, mais il n'y a toujours pas de bonne réponse pour «Pourquoi est-ce que cela s'est effondré en premier lieu?»

Une explication est que le Big Bang a été causé par une fluctuation quantique. La physique quantique prédit que l'espace n'est pas vraiment vide. Au contraire, les particules apparaissent spontanément avant d'être rapidement anéanties partout, tout le temps. Il se peut que l'univers soit le résultat d'une fluctuation particulièrement spectaculaire.

Il existe également d'autres théories encore plus exotiques. Une telle théorie, appelée «Cosmologie de Brane», vient de la théorie des cordes. L'idée est que l'univers est composé de grandes structures appelées Branes qui existent dans jusqu'à 11 dimensions. S'ils existent, on pense que ces Branes interagiront les uns avec les autres, et parfois même entrent en collision. De telles collisions pourraient créer un univers comme le nôtre.

Fait intéressant, cette explication permet également l'existence d'un multivers, où plus d'un univers existe.

Malheureusement, comme la plupart des prédictions faites par la théorie des cordes, nous ne pouvons pas actuellement tester l'existence de Branes, et il est tout à fait possible qu'une réponse concrète soit toujours hors de portée.

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Il peut sembler que tous ces mystères peuvent être résolus étant donné suffisamment de temps ou d'ingéniosité scientifique, mais nous ne devrions pas prendre cela pour acquis. Beaucoup de ces questions sont liées à des événements qui se sont produits il y a des milliards d'années, dans des conditions si extrêmes que nous ne les reconnaissons même pas comme notre propre univers. Certaines de ces idées, en particulier celles qui dépendent de la théorie des cordes, peuvent être définitivement hors de notre portée. Au minimum, nous avons besoin d'avoir besoin d'une nouvelle physique passionnante pour trouver une réponse satisfaisante.