Vera Rubin et la Matière Noire : une découverte majeure

Vera Rubin a fait de nombreuses découvertes révolutionnaires au cours de sa carrière, plutôt que de faire une liste exhaustive nous vous proposons de plonger dans l’une des théories les plus mystérieuses d’astrophysique à laquelle elle a participé : la Matière Noire

Mais qu’est ce que la Matière Noire ? 

Définition

Commençons par sa définition classique : c’est une matière hypothétique qui ne peut être détectée directement car elle n’émet pas, n’absorbe pas et ne réfléchit pas la lumière, ce qui signifie qu’elle est invisible ! Il a tout de même été possible de déduire plusieurs caractéristiques physiques : elle est neutre (donc sans charge électrique), elle n’interagit pas avec le gaz, elle est stable ou possède une très longue durée de vie. Elle est comme un fantôme : elle passe à travers tout, ne brille pas, mais elle pèse lourd.

Baryonique ou Non-Baryonique ?

Alors comme vous l’aurez remarqué il y a beaucoup de « ou » car en réalité nous ne savons toujours pas ce qu’est la Matière Noire. Mais d’après sa liste de caractéristiques il est possible de dresser un portrait robot qui nous amène à une sélection de candidats potentiels Baryoniques et Non-Baryoniques. La Matière Baryonique est aussi appelée Matière Ordinaire, elle se réfère à tout ce qui est fait d’atomes, c’est à dire tout ce qui nous entoure. De son coté la Matière Non-Baryonique n’est pas faite d’atome, c’est une particule encore inconnue.

Les candidats

Les tout premiers candidats de la Matière Noire étaient des objets baryoniques : les MACHO (Objets Massifs Compacts) qui se retrouvent dans l’Univers, mais les chercheurs se sont rapidement rendus compte que leur nombre était insuffisant pour expliquer la masse manquante. C’est là qu’est entrée en jeu la Matière Non-Baryonique, ses particules massives (non déterminées) sont appelées les Wimps, les neutralinos, les axions ou les photinos. Elle représenterai près de 80% de la masse totale de l’Univers !

Vera Rubin, la preuve par l’observation

Si la Matière Noire est invisible et que ses particules ne sont meme pas encore connue, comment peut on savoir qu’elle existe ? Et bien la Matière Noire est une théorie avancée dès les années 30 par Fritz Zwicky, mais les preuves suffisantes n’arriveront qu’avec l’évolution technique nécessaire dans les années 70.

Galaxie d’Andromède

Une simple observation…

C’est à cette période que Vera Rubin travaille avec Kent Ford Jr. Au département de Magnétisme terrestre de l’Institut Carnegie où ils se demandent si les galaxies suivent simplement l’expansion de l’Univers ou bien si elles se déplacent aussi de manière autonome. Afin d’analyser la galaxie d’Andromède ils décident d’utiliser du gaz (hydrogène neutre et hélium) comme traceur de mouvement et se servent d’un spectrographe couplé à un photomultiplicateur pour l’observer. Pour transformer l'image du spectrographe en une donnée de vitesse ils se sont appuyés sur le Doppler Shift, leur permettant de calculer la vitesse de rotation. A ce moment on s’attendait à ce que la masse soit concentrée au centre car c’était la où il y avait le plus de lumière, la vitesse devait donc diminuer en se rapprochant du bord selon la loi de la gravitation universelle. Mais à leur grande surprise; la vitesse est plate, c’est à dire que leur vitesse est constante du bords des galaxies à leur centre ! 

Afin de confirmer l’hypothèse, l’expérience fut réitérée sur 60 galaxies isolées et le résultat fut unanime. Cette expérience a dans un premier temps prouvé que la lumière n’indique pas la masse, mais aussi et surtout qu’une majeure partie de la masse des galaxies est constituée de Matière Noire invisible située dans le halo, écartant ainsi l’idée que les bras spiraux influençait le mouvement global. On a toujours su qu’il y avait beaucoup de masse dans l’Univers, parce que si elles n’étaient pas retenues par un objet lourd les étoiles s’envoleraient ! C’est comme notre système solaire : les planètes restent en orbite grâce à la masse du Soleil. À l'échelle d'une galaxie, il faut une masse gigantesque pour retenir des milliards d'étoiles Vera Rubin n’a pas « inventé » la Matière Noire, elle l’a trouvée. 

Courbe de rotation de la Voie lactée représentant la vitesse circulaire de rotation en fonction de la distance au centre.

80% de cette matière est appelée matière noire, dont la nature reste mystérieuse, mais dont une hypothèse est qu’elle se compose de particules subatomiques.

Pourquoi Vera Rubin ?

Vera Rubin a été particulièrement mise en avant dans cette observation de par la clarté de ses notes, illustrant chaque spectre mesuré, et aussi par ses différentes conférences sur le sujet qui étaient très didactiques. Il est néanmoins important de préciser qu’elle n’a jamais employé le terme de « Matière Noire » dans ses travaux car il était encore peu connu et très stigmatisé.

Vera Rubin a permis de faire avancer la recherche en trouvant l’une des observations les plus importantes pour justifier la présence de la Matière Noire.

Vera Rubin

Questions fréquentes

Pour ceux qui veulent approfondir le sujet 😜

Y-a-t-il d’autres preuves de l’existence de la Matière Noire ?

Oui ! Il y a de nombreuses autres observations qui insinuent la présence de la Matière Noire comme la lentille gravitationnelle ou encore sa nécessité lors de la création du squelette de l'Univers

Vera Rubin a-t-elle eu un Prix Nobel pour cette découverte ?

Non, Vera Rubin n'a pas reçu de Prix Nobel, quand bien même bon nombre de ses collègues pensaient qu'elle en méritait un (pour l'ensemble de ses découvertes)

Qu’est ce que le Doppler Shift ?

L'effet Doppler, c'est le changement de fréquence d'une onde (sonore ou lumineuse) dû au mouvement. C'est grâce à ce décalage que Vera Rubin a pu mesurer la vitesse de rotation des galaxies et prouver que les étoiles lointaines tournaient trop vite, révélant ainsi l'influence de la matière noire.

Peut-on fabriquer de la Matière Noire ?

C'est un enjeu très actuel, depuis 2008 le LHC ou Grand Collisionneur de Hadrons travaille sur la détection de Matière Noire. C'est l'accélérateur de particules le plus puissant jamais construit ! Comme le dit la fameuse formule E = mc², l'énergie peut créer de la masse donc en projetant très fort des particules les unes contre les autres on concentre l'énergie. Les chercheurs du LHC mesurent l'énergie avant le choc et après mais que sur les particules visibles, ce qui signifie que s'il en manque à la fin de la Matière Noire s'est formée. Car comme le dit Lavoisier "rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme". Mais pour l'instant nous n'avons pas encore réussi à en produire.

par Détée-Ellouz Eléa, le 16 avril 2026

Créez votre propre site internet avec Webador