Où se cache la matière noire ?

85 % de la matière de l'univers ne brille pas, ne réfléchit pas la lumière, ne se laisse pas attraper par nos détecteurs. Mais elle a une masse — on la voit faire tourner les galaxies. Et si elle était juste… trop nouée ?

Le scandale silencieux de la cosmologie

Quand l'astronome Vera Rubin a mesuré, dans les années 1970, la vitesse de rotation des étoiles dans les galaxies spirales, elle a découvert quelque chose d'absurde. Selon les lois de Newton (et d'Einstein), les étoiles éloignées du centre devraient tourner plus lentement, comme les planètes éloignées du Soleil. Or elles tournent aussi vite que les étoiles proches du centre.

Conclusion logique : il y a, dans les galaxies, beaucoup plus de masse que ce qu'on voit. Une masse invisible, qui tient les étoiles ensemble par sa gravité. C'est la matière noire.

Quarante ans de mesures ont confirmé : la matière noire représente environ 27 % de l'énergie totale de l'univers, contre 5 % seulement pour la matière ordinaire (vos atomes, les étoiles, les galaxies visibles). Tout le reste — 68 % — c'est l'énergie noire (sujet de la leçon prochaine). Autrement dit : nous savons de quoi est faite seulement 5 % de l'univers.

L'impasse des candidats classiques

Pendant 40 ans, la communauté physique a cherché des candidats : WIMP, axions, neutrinos stériles, naines brunes, trous noirs primordiaux… Tous sont des ajouts au Modèle Standard — il faut postuler une particule nouvelle, avec des propriétés ad hoc qui expliquent pourquoi on ne la voit pas.

Les expériences les plus sensibles (XENON, LZ, ADMX) cherchent ces candidats depuis vingt ans. Résultat : aucune détection. Chaque année, les contraintes se resserrent et excluent des morceaux supplémentaires de l'espace des paramètres. Beaucoup de physiciens commencent à se demander si la matière noire n'est pas fondamentalement différente de ce qu'on imaginait.

L'idée de la TQNT : trop nouée pour briller

Revenons à la leçon 1 : une particule est un nœud. Plus le nœud est complexe, plus la particule est lourde. Mais — et c'est le point clé — plus le nœud est complexe, plus il devient difficile pour lui d'interagir avec d'autres particules.

Imaginez deux nœuds qui veulent échanger un photon. Le photon doit « se coupler » aux deux nœuds simultanément. Pour les nœuds simples (électron, quark), c'est facile : leurs lobes sont accessibles. Mais pour un nœud très complexe — disons à 20 ou 30 croisements — les lobes sont enchevêtrés à l'intérieur du nœud lui-même, et le photon n'a tout simplement pas de prise.

La TQNT précise même les seuils : au-delà de 18 croisements, le couplage électromagnétique s'effondre exponentiellement — chaque croisement supplémentaire le divise par 137. Et le seuil effectif du réservoir sombre, dérivé en V6, est de 23 croisements : en dessous, un nœud naissant reste couplé au plasma primordial ou ne survit pas ; au-delà, il est noir et cosmologiquement éternel.

Combien de candidats ?

Combien existe-t-il de nœuds différents au-delà de ces seuils ? Les mathématiciens ont catalogué les nœuds jusqu'à 30 croisements. Le résultat : il y en a plus de 1,5 million, et leur nombre explose exponentiellement avec la complexité. La TQNT, en appliquant ses règles de stabilité, y trouve un réservoir immense de nœuds sombres.

• 6 nœuds amphichiraux purs — c'est-à-dire identiques à leur image miroir, donc intrinsèquement neutres ;
• 111 autres nœuds dont la charge peut être neutralisée par enlacement avec d'autres nœuds.

Tous ont une caractéristique commune : ils sont absolument stables. Leur durée de vie est supérieure à 10³⁴⁷ secondes (un nombre avec 347 zéros). Pour comparaison, l'univers a 4 × 10¹⁷ secondes. Autant dire que ces nœuds, une fois formés, ne disparaîtront jamais.

Pourquoi 5,5 fois plus de matière noire ?

Les mesures cosmologiques (notamment celles du télescope Planck) donnent un rapport précis : il y a 5,45 fois plus de matière noire que de matière ordinaire dans l'univers. D'où ce chiffre étrange ? Pourquoi 5,45 et pas 0,5 ou 100 ?

La TQNT répond : ce rapport vient simplement de la combinatoire des nœuds. Lors du Big Bang, toutes sortes de nœuds peuvent se former dans le champ. Les nœuds simples (les particules ordinaires) sont moins nombreux que les nœuds complexes (la matière noire), parce qu'il y a plus de façons de nouer compliqué que simple.

Le calcul initial annonçait ici « 5,5, dans le mille, sans paramètre ajusté ». L'audit a réfuté ce chiffre fin : la reconstruction canonique — sans paramètre libre, de la miette CP survivante côté visible au comptage des nœuds du gel côté sombre — atteint l'ordre de grandeur de la mesure de Planck (5,45 ± 0,28), pas le pourcent. C'est déjà remarquable : le rapport sort du mécanisme, pas d'un réglage. Et le registre d'honnêteté du programme exige de le dire ainsi.

Les halos sphériques, ou pourquoi la matière noire ne se condense pas

Une chose étonnante : la matière noire ne forme pas d'étoiles, ni de planètes, ni de molécules. Elle reste dispersée en halos sphériques autour des galaxies. Pourquoi ?

Réponse TQNT : sans chimie, pas de molécules. Sans molécules, pas de condensation possible. Et sans électromagnétisme, pas de chimie. Les nœuds de matière noire n'ont aucun moyen de se lier entre eux, sauf gravitationnellement — et la gravité seule, à l'échelle des particules, est trop faible pour les condenser. Ils restent donc dans un nuage diffus, dont la forme naturelle (sous gravité pure) est une sphère.

C'est exactement ce que les astronomes observent. La distribution sphérique de la matière noire, souvent présentée comme une étrangeté, devient en TQNT une conséquence directe de son absence d'électromagnétisme.

Et si la matière noire pouvait s'agglomérer ?

Un papier récent (« Dark matter pearls », doi:10.5281/zenodo.20559267) explore une variante surprenante : même sans électromagnétisme, la matière noire pourrait s'agglomérer en objets compacts invisibles de la taille d'un astéroïde à la taille d'une planète, sous l'effet de la pression de Fermi topologique.

Ces « perles de matière noire » feraient 10²⁰ à 10²⁷ kg, soit l'équivalent de quelques masses lunaires à quelques masses planétaires, comprimées dans un rayon de 1 mm à 10 km. Elles seraient détectables par :

• des micro-lentilles gravitationnelles sans contrepartie lumineuse (Gaia, LSST, Roman) ;
• des perturbations astrométriques sur les étoiles proches ;
• d'éventuelles fusions avec des étoiles à neutrons (LIGO).

Si une seule de ces signatures est observée d'ici 2030, ce sera un argument fort en faveur de la TQNT. Si aucune ne l'est, la version « perles de matière noire » sera réfutée — mais le scénario halo sphérique restera valide. C'est ce qu'on appelle une prédiction falsifiable.