L’univers est-il constitué exclusivement de matière, ou bien existe-t-il des étoiles d’antimatière ?
C’est une question fondamentale dont la réponse pourrait bouleverser notre conception de l’univers et de sa formation. Lors de la naissance de l’univers, au moment du Big-Bang, la matière et l’antimatière formaient un plasma en expansion rapide et contenant une quantité égale de l’une et de l’autre. S’il n’existe plus d’antimatière primordiale (venant de l’origine de l’univers) dans l’univers, il faut comprendre comment l’antimatière a pu disparaître. Inversement, si l’univers est symétrique - c’est à dire si il contient autant de matière que d’antimatière - il faut comprendre pourquoi localement dans notre galaxie et dans celles qui nous entourent il n’y a que de la matière. En effet, les expériences faites jusqu’à présent excluent une présence notable d’antimatière dans l’amas de galaxies dont nous faisons partie. L’observation des étoiles lointaines avec des télescopes puissants ne permet pas d’apporter de réponse, car nous voyons alors seulement la lumière émise par l’étoile qui ne porte aucune indication sur le fait que l’étoile est composée de matière ou d’antimatière. La détection d’un seul noyau d’antimatière dans l’espace, un anti-carbone par exemple, apporterait la preuve qu’il existe quelque part dans l’univers, hors de notre amas de galaxies, des creusets où ces noyaux sont synthétisés : des étoiles d’antimatière dont le combustible élémentaire serait l’antimatière (des antiprotons et des antineutrons) de l’univers primordial.
Quelle est la nature de la matière noire qui forme 90% de la masse de l’univers et que nos instruments n’ont pas encore pu observer ?
L’observation du mouvement des galaxies par des grands télescopes a montré que la plus grande partie de la matière contenue dans ces galaxies reste invisible à nos instruments. En fait, c’est 90% de la masse totale de l’univers qui n’est pas vue par les instruments actuels. La nature de cette matière mystérieuse appelée « matière noire » n’est pas connue. On a pu démontrer qu’il ne s’agissait pas de soleils éteints ou de planètes, qui n’émettraient pas de lumière. Cette matière ne peut pas être de la matière ordinaire. Ce phénomène pourrait être dû à un nouveau type de particules massives dites supersymétriques dont AMS pourrait détecter les annihilations dans le halo de la galaxie. Ces annihilations se feraient en particulier en produisant des rayons gamma et des positons qui se rajouteraient en excès au flux de particules cosmiques, excès qu’AMS pourrait détecter grâce à sa très grande sensibilité.
Quels sont les mécanismes dynamiques des galaxies ?
AMS a aussi pour objectif une mesure systématique du rayonnement cosmique chargé électriquement sur un très grand intervalle d’énergie. En effet, ce rayonnement formé d’électrons, de positons, de protons, d’antiprotons, et de noyaux légers tel le deutérium, l’hélium, le lithium, le béryllium, le bore, le carbone, n’est pas encore bien connu, alors que la mesure précise de ces flux apporte des informations essentielles sur les mécanismes de leur genèse et de leur transport ainsi que sur leurs sources dans la galaxie. On sait que le rayonnement cosmique créé dans les processus stellaires est confiné dans la galaxie pendant environ 100 millions d’années. Les isotopes radioactifs des noyaux légers se comportent comme une horloge (comme on fait des datations avec le carbone 14 sur terre) et permettent de mesurer de manière précise le temps de confinement dans la galaxie et de comprendre un certain nombre de mécanismes.
Pour toutes ces mesures, l’expérience AMS devrait permettre d’améliorer la sensibilité et la précision d’un facteur 1000 à 10000 par rapport aux expériences en cours ou projetées.
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