Des scientifiques ont réalisé un test précis montrant que la matière noire suit les mêmes règles physiques que la matière ordinaire lorsqu'elle se déplace à travers des puits gravitationnels cosmiques. L'étude, menée par des chercheurs de l'Université de Genève, ne fournit pas de preuves solides d'une cinquième force influençant la matière noire. Cependant, une interaction inconnue plus faible reste possible.
La matière noire, qui représente environ cinq fois plus de masse dans l'univers que la matière ordinaire, intrigue les cosmologistes depuis longtemps car elle n'émet ni ne réfléchit la lumière. Une nouvelle étude de l'Université de Genève (UNIGE) et de ses collaborateurs, publiée dans Nature Communications en 2025, fournit l'un des tests les plus précis à ce jour sur son comportement à l'échelle cosmique.
Les chercheurs ont examiné si la matière noire répond aux quatre forces fondamentales connues —gravité, électromagnétisme et forces nucléaires forte et faible— ou si une cinquième force supplémentaire pourrait l'affecter. Pour ce faire, ils ont comparé les vitesses des galaxies, composées principalement de matière noire, avec la profondeur des puits gravitationnels formés par des structures cosmiques massives. Ces puits déforment l'espace-temps selon la relativité générale d'Einstein, et la matière ordinaire y tombe en suivant les équations d'Euler de la dynamique des fluides.
"Si la matière noire n'est pas soumise à une cinquième force, alors les galaxies —qui sont en grande partie composées de matière noire— tomberont dans ces puits comme la matière ordinaire, régies uniquement par la gravité", a expliqué Camille Bonvin, professeure associée au Département de Physique Théorique de l'UNIGE et co-auteure de l'étude. "D'autre part, si une cinquième force agit sur la matière noire, elle influencera le mouvement des galaxies, qui tomberont alors dans les puits différemment."
En analysant des données cosmologiques modernes, l'équipe a découvert que le mouvement de la matière noire s'aligne avec les équations d'Euler, reflétant la matière ordinaire. "À ce stade, cependant, ces conclusions n'excluent pas encore la présence d'une force inconnue. Mais si une telle cinquième force existe, elle ne peut pas dépasser 7 % de la force de la gravité —sinon, elle serait déjà apparue dans nos analyses", a déclaré l'auteure principale Nastassia Grimm, ancienne chercheuse postdoctorale à l'UNIGE, désormais à l'Université de Portsmouth.
Les résultats, détaillés dans l'article « Comparing the motion of dark matter and standard model particles on cosmological scales » (DOI : 10.1038/s41467-025-65100-8), représentent une étape vers la clarification du rôle de la matière noire dans la formation de l'univers. Des observations futures de projets comme le Large Synoptic Survey Telescope (LSST) et le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) pourraient détecter des forces aussi faibles que 2 % de la gravité, révélant potentiellement une nouvelle physique, selon le co-auteur Isaac Tutusaus de l'ICE-CSIC et de l'Université de Toulouse.