Notes sur le thème de découvrir l'Univers: la matière sombre baryonique, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 January 2014

Notes sur le thème de découvrir l'Univers: la matière sombre baryonique, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur Notes sur le thème de découvrir l'Univers: la matière sombre baryonique. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Les naines rouges, Les naines brunes, Les planètes, Les résidus d'étoiles.
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Confrontés au défi majeur que leur pose la matière sombre, les astrophysiciens ont entrepris de

découvrir sa nature physique. Deux possibilités se sont alors présentées : celles qui font appel

à des astres constitués de matière ordinaire, par exemple les étoiles peu lumineuses, et celles

qui reposent sur l'introduction de particules exotiques. Analysons ici les candidats formés de

matière ordinaire, ou baryonique, c'est-à-dire de neutrons et de protons.

Les naines rouges

L'une des solutions les plus simples est de recourir aux étoiles les moins brillantes, les naines

rouges. Ces étoiles font partie de la séquence principale mais se distinguent par leur faible

masse, entre 8 et 80 pour cent de la masse du Soleil. Pour cette raison, leur surface est

relativement froide, seulement quelques milliers de degrés, et leur luminosité est donc très

faible, entre un dix millième et quelques dixièmes de celle du Soleil. Ces étoiles passent ainsi

pratiquement inaperçues, si ce n'est dans notre voisinage immédiat.

C'est en étudiant les naines rouges les plus proches que les astronomes se rendirent compte

que ces étoiles peu brillantes sont très nombreuses. Ainsi, dans le voisinage du Soleil, une

étoile sur deux est une naine rouge, même si très peu d'entre elles figurent parmi les milliers

d'étoiles visibles à l'oeil nu. Les astronomes sont donc tout naturellement amenés à penser que

les galaxies pouvaient être dominées en nombre par ces étoiles quasi-invisibles. Leur présence

augmenterait la masse totale d'une galaxie sans véritablement affecter sa luminosité globale.

Les naines brunes

Une autre solution consiste à faire appel à des astres encore moins massifs : les naines brunes.

On désigne par ce terme les étoiles dont la masse est inférieure à 8 pour cent de celle du Soleil.

A cause de cette masse très faible, le noyau de ces étoiles n'est pas suffisamment comprimé et

chaud pour que les réactions nucléaires de fusion soient en mesure de se mettre en place. Les

naines brunes sont donc en quelque sorte des étoiles ratées, qui n'émettent pas de lumière et

sont pratiquement impossibles à observer, même dans le voisinage immédiat du Soleil. Ces

propriétés en font clairement des candidates à la masse cachée.

Remarquons que la masse minimale des naines brunes est probablement de plusieurs fois la

masse de Jupiter. Ce qui différencie ces étoiles des planètes géantes est leur mode de

formation. Comme toutes les étoiles, les naines brunes se forment lors de l'effondrement d'un

nuage de gaz, alors que les planètes se forment par accumulation de grains de poussière.

Les planètes

Une autre explication de la masse cachée est la présence possible dans les galaxies d'une

quantité insoupçonnée de planètes, en particulier de planètes massives comme Jupiter.

Cependant, des corps de cette nature ne peuvent pas fournir une très grande proportion de la

masse cachée. Ils sont en effet formés d'éléments plus lourds que l'hydrogène ou l'hélium. Or

ces éléments sont rares dans l'Univers, ils ne représentent qu'un noyau atomique pour 100

noyaux d'hydrogène, comme toutes les observations le confirment.

Les résidus d'étoiles

Enfin, on peut faire appel aux trois types de résidus stellaires : naine blanche, étoile à

neutrons ou trou noir. La contribution des deux derniers types est cependant limitée. Étoiles à

neutrons et trous noirs apparaissent lors de l'explosion d'une supernova qui donne naissance à

une grande quantité d'éléments lourds. Comme ces derniers sont rares, le nombre d'explosions

ayant eut lieu doit être relativement faible, donc également le nombre de résidus stellaires de

ce type.

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