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La matière noire a-t-elle provoqué l'extinction des dinosaures?

Un tyrannosaure animatronique du spectacle live «Walking with Dinosaurs»/«La Marche des dinosaures», à Sydney, en janvier 2007 | REUTERS/Tim Wimborne

Un tyrannosaure animatronique du spectacle live «Walking with Dinosaurs»/«La Marche des dinosaures», à Sydney, en janvier 2007 | REUTERS/Tim Wimborne

Une théorie étrange et bancale fait le lien entre deux des plus grands mystères de la science.

L’histoire de la vie sur Terre est marquée par plusieurs extinctions massives, des événements qui éradiquent un grand nombre d’espèces. La plus connue de ces extinctions a tué tous les dinosaures (ou du moins ceux qui n’ont pas évolué vers l’état d’oiseau) il y a 65 millions d’années. Mais celle qui a mis fin à l’ère permienne il y a 250 millions d’années fut encore plus grave, causant la mort de 90% de toutes les espèces dans un laps de temps extrêmement court. Encore aujourd’hui, la cause de cette catastrophe reste inexpliquée.

On recense au moins cinq extinctions massives (une sixième est en cours, mais c’est une anomalie, puisque les êtres humains en sont responsables). Certains chercheurs ont essayé de déterminer si elles étaient périodiques, si elles survenaient à des intervalles spécifiques. Si ces phénomènes se reproduisent de façon régulière, ils ont peut-être une cause commune.

C’est l’hypothèse d’un récent article de Michael R. Rampino, géologue à l’université de New York. Il met en cause la matière noire, ces particules invisibles qui constituent 85% de la masse du cosmos. On sait qu’il y a beaucoup de matière noire dans la Voie lactée, et il est possible que cette matière ne soit pas répartie de façon égale mais apparaisse par paquets épais. Si ces paquets sont assez denses pour faire des ravages, ils pourraient détourner la course des comètes et provoquer des collisions, ou chauffer les entrailles de la Terre et provoquer des éruptions volcaniques massives, ou bien encore déclencher toutes sortes d’autres catastrophes capables d’éradiquer des espèces.

Facteurs hasardeux

C’est une idée... provocatrice. Cela dépend de beaucoup de facteurs qui travailleraient de concert. D’abord, il faut être sûr que les extinctions sur Terre sont périodiques, et qu’elles surviennent quand le système solaire croise la route de la partie la plus dense de la galaxie. Ensuite, selon cette théorie, la densité de la matière noire doit être plus élevée là où les étoiles sont le plus concentrées dans la galaxie. Enfin, les particules de matière noire doivent être attirées par la gravité terrestre et s’annihiler entre elles de façon à chauffer le noyau de la Terre, mais pas trop pour ne pas faire fondre la partie solide du noyau, et nous savons que ce n’est pas arrivé. Si un seul de ces paramètres manque, toute la théorie s’effondre.

Il se trouve que chacune de ces hypothèses est douteuse. Avec autant de facteurs hasardeux, cette théorie est presque trop ténue pour qu’on y prête attention. Pourtant, elle a été publiée dans un journal scientifique respectable –The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society– et a été plutôt bien accueillie dans la revue Science et quelques autres journaux. (Scientific American, de son côté, a un point de vue un peu plus critique.)

Cette nouvelle idée est une version de plus de «l’hypothèse Némésis», l’idée que l’influence des astres provoque la destruction sur Terre de façon périodique, une théorie qui remonte au moins aux années 1970. Une raison raisonnable de plus de se pencher sur toutes les pièces du puzzle pour comprendre pourquoi on peut sans doute écarter la matière noire comme la Némésis des extinctions de masse, même si on ne comprend pas encore totalement ni la matière noire ni la mort d'un aussi grand nombre d’espèces.

Passage du disque

Pas de schéma clair de répétition d’impacts d’astéroïdes sur la Terre

Le premier problème avec ces théories, c’est que la mort frappe sans prévenir. La preuve d’extinctions périodiques est, au mieux, controversée. Selon les données géologiques, par exemple, les astrophysiciens Fabo Feng et Coryn Bailer-Jones ont découvert que des extinctions massives aléatoires collaient aux données tout autant que les événements réguliers. De même, les chercheurs n’ont pas réussi à démontrer un quelconque schéma de répétition clair d’impacts d’astéroïdes en étudiant les cratères sur Terre et sur la Lune, ni de forts changements atmosphériques au moment où les éruptions volcaniques auraient eu lieu. Ces échecs ne mettent pas totalement de côté l’hypothèse de catastrophes périodiques, mais affaiblissent la théorie de Michael R. Rampino.

Un autre facteur douteux est que, pour être viable, la théorie a besoin que les extinctions massives se passent quand le Soleil passe par la partie la plus épaisse du disque de la Voie lactée. La plupart des étoiles, gaz et poussières de la Voie lactée se trouvent dans un disque relativement fin, qui contient aussi les bras spiraux. Notre soleil et les autres étoiles tournent autour du centre galactique et, ce faisant, ils montent et descendent à travers le disque.

Les orbites et le cycle montée-descente sont quasiment réguliers, mais comportent des variations notables, liées à l'influence gravitationnelle près des étoiles et à d'autres fluctuations aux alentours. Si on prend ces variations en compte, un seul cycle de montée-descente prend quasiment 64 millions d'années, avec deux passages du disque effectués au cours de cette période. (Ce qui est intéressant, c'est que d'autres chercheurs ont suggéré que les extinctions massives surviennent quand le soleil est le plus éloigné de la partie épaisse du disque galactique, quand nous sommes le plus exposés aux rayons cosmiques nocifs.) Mais la corrélation entre passage du disque et extinctions massives ne serait qu'un coup de chance.

La théorie de Michael R. Rampino a aussi besoin que de gros paquets de matière noire soient concentrés dans le disque galactique. Hélas, ce n'est pas là que se trouve la majeure partie de la matière noire de la galaxie: en étudiant le mouvement des étoiles et des gaz, les astronomes ont montré que la matière noire forme un vaste halo presque sphérique, d'au moins trois fois le diamètre de la partie visible de la galaxie.

Interactions des particules

L'identité de la matière noire est l'un des plus grands mystères de la cosmologie actuelle. On sait que la matière noire n'est pas pareille que la matière classique (les atomes et autres). Mais ça ne veut pas dire qu'on ne sait absolument rien dessus pour autant. Les observations astronomiques nous disent même à peu près où elle se trouve dans la Voie lactée et d'autres galaxies. Aussi mystérieuse soit-elle, elle est responsable de la forme et de la structure des galaxies et aide à diriger l'évolution l'univers tout entier.

À force d'observations et d'expériences, on peut aussi poser de bonnes limites concernant l'influence de la matière noire avec la matière ordinaire et avec elle-même. Chaque interaction entre particules –aussi appelée «collision»– échange de l'énergie, ce qui fait que les particules accélèrent ou ralentissent. Plus les particules interagissent, plus elles sont susceptibles de former des disques: c'est comme ça que les atomes de gaz ont formé la Voie lactée telle que nous la voyons, avec des étoiles qui se forment là où le gaz se trouve. Parce que les particules de matière noire forment un halo au lieu d'un disque, les physiciens en ont conclu qu'elles n'interagissaient pas beaucoup ni avec les atomes ni entre elles.

Michael R. Rampino n'est pas le premier à mettre la matière noire en cause dans les extinctions périodiques: Lisa Randall et Matthew Reece, physiciens à Harvard, ont avancé que 5% de la matière noire est faite d'un type de particule qui interagit un tout petit peu plus fort, et que cela pourrait former un disque. Ils ont créé leur modèle en partie pour voir si un tel disque de matière noire pouvait éjecter des comètes du nuage d'Oort pour expliquer les extinctions massives périodiques, à supposer qu'elles soient vraiment périodiques. Mais, comme le remarque Lisa Randall (physicienne reconnue et auteure de renom), les preuves actuelles pour sa théorie sont au mieux bancales. L'astéroïde Chicxulub, qui a au moins contribué à mettre fin au règne des dinosaures, est le seul impact extraterrestre que l'on peut associer à une quelconque extinction massive, et la plupart des chercheurs pensent qu'il doit y avoir d'autres explications aux autres événements majeurs.

Densité du manteau

Michael R. Rampino se sert de l'hypothèse du disque de matière noire d'une autre manière. Dans son modèle, la Terre passe à travers une très forte concentration de matière noire à peu près tous les 30 millions d'années. Ces particules de matière noire sombrent au centre de la Terre, où la densité plus forte permet aux particules de se heurter, de s'annihiler, et de chauffer la roche en fusion qui s'y trouve. La chaleur plus forte se propage dans le manteau terrestre jusqu'à la croûte, ce qui bouscule les continents, provoquant de violents séismes et des éruptions volcaniques.

Surchauffes des entrailles de la planète

Comme le remarque Brian Balta, géologue à l'université de Pittsburgh, «une échelle de temps de 30 millions d'années comme celle proposée est bien plus lente que le temps qu'il faut au manteau pour bouger». Pire, le manteau est très dense et dissipe très bien la chaleur: des changements de température peuvent prendre 50 millions d'années ou plus pour aller du noyau à la surface. Même si quelque chose parvenait à faire chauffer le noyau, on ne le remarquerait sûrement jamais à la surface, et ça n'aurait sans doute pas d'effet immédiat.

À côté des problèmes de surchauffe des entrailles de la planète, Lisa Randall remarque qu'un disque de matière noire n'est pas suffisant pour créer la densité de matière noire nécessaire: Michael R. Rampino «a besoin de paquets extrêmement denses dans ce disque noir. Mais s'ils sont très denses, ils portent beaucoup de masse, et sont trop dispersés (à mon avis) pour que le système solaire passe à travers à la période avancée par Rampino».

Scepticisme

Elle conclut:

«C'est très mignon comme idée, de faire un parallèle entre anéantissement et mouvement tectonique, mais je ne vois pas  comment ça pourrait marcher.»

Jo Bovy, astrophysicien de l'Institute for Advanced Study, expert de la structure de la Voie lactée, est encore plus sceptique:

«Statistiquement, il n'y a qu'un mince pourcentage de chances qu'un tel disque de matière noire existe.»

(En langue scientifique, cela revient à entendre votre mère vous dire «on en reparlera», ce qui veut dire «jamais de la vie».)

On est capable d'expliquer le mouvement du soleil, d'autres étoiles et de gaz dans la Voie lactée sans avoir besoin d'hypothèses sur la matière noire –en paquets bien moins denses– dans la galaxie.

Avec autant d'inconnues sur la nature de la matière noire et la cause des extinctions massives, il n'est pas étonnant que certains scientifiques –même les plus sensés– soient à la recherche d'idées pour les expliquer. Il est certain que prouver un lien entre matière noire et disparition des dinosaures serait un succès scientifique phénoménal (en plus de rendre l'enfant en nous dingue d'excitation). Mais il n'y a vraiment aucune preuve pour appuyer l'idée que ces mystères sont liés d'une quelconque manière; sans ces preuves, nous devons rester sceptiques, aussi cool et spectaculaire qu'une théorie puisse être.

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