01
Pourquoi les étoiles extérieures des galaxies tournent-elles si vite ?
Les étoiles au bord d’une galaxie tournent à peu près aussi vite que celles proches de son centre.
D’après la gravité de tout ce que nous voyons, les étoiles extérieures devraient se déplacer bien plus lentement, comme les planètes lointaines se traînent autour du Soleil. Ce n’est pas le cas. La matière noire est l’explication dominante, mais personne ne l’a jamais détectée directement.
Dynamique galactiqueMatière noireGravité
02
Qu’est-ce qui déclenche une supernova ?
Le cœur d’une étoile géante s’effondre en moins d’une seconde. Et pourtant, elle explose.
Quand une étoile massive épuise son combustible, son cœur s’effondre sur lui-même et rebondit. Dans les simulations, ce rebond s’essouffle souvent. Ce qui le relance, transformant un effondrement en l’un des événements les plus lumineux de l’univers, fait encore débat.
Physique stellaireNeutrinosAstrophysique nucléaire
03
Pourquoi les trous noirs chantent-ils ?
Les trous noirs résonnent comme des cloches frappées, et certains bourdonnent à travers le gaz qui les entoure.
Quand deux trous noirs fusionnent, le nouveau vibre à des notes fixées par sa masse et sa rotation, et nos détecteurs les ont entendues sous forme d’ondes gravitationnelles. Dans l’amas de galaxies de Persée, un trou noir envoie des ondes de pression à travers le gaz chaud, une note située quelque 57 octaves sous le do central. Ce que ces chants peuvent nous apprendre sur la gravité elle-même reste à établir.
Trous noirsOndes gravitationnellesAcoustique
04
Qu’est-ce que l’énergie noire ?
Quelque chose écarte l’univers, de plus en plus vite.
Depuis 1998, nous savons que l’expansion de l’univers s’accélère. Ce qui la provoque représente environ 70 % de tout ce qui existe, notre meilleure théorie se trompe spectaculairement sur son intensité, et des relevés récents suggèrent qu’elle pourrait évoluer dans le temps.
CosmologieÉnergie du vide
05
Quel lien entre les groupes de Lie et l’univers ?
Les lois de la physique sont écrites dans la langue de la symétrie.
Les groupes de Lie sont les mathématiques de la symétrie lisse et continue, comme la rotation d’une sphère. Chacune des forces du Modèle standard en découle, et les lois de conservation de la physique découlent de symétries. Pourquoi la nature a choisi ces groupes-là, et si un groupe plus grand se cache sous eux tous, reste une question ouverte.
MathématiquesSymétrieThéorie de jauge
06
Peut-on déduire les 26 paramètres libres du Modèle standard ?
Notre meilleure théorie de la matière repose sur 26 nombres que personne ne sait expliquer.
Les masses des particules, l’intensité des forces et la façon dont les particules se mélangent sont toutes mesurées, puis saisies à la main. La théorie fonctionne remarquablement bien, mais elle ne peut pas dire pourquoi ces nombres sont ce qu’ils sont. Les déduire de principes plus profonds serait l’une des grandes réussites de la physique.
Physique des particulesModèle standard