La distribution de la matière dans l'Univers

Il a fallu aux alentours d'1 milliard d'années seulement pour que la majeure partie de la matière normale se transformât en poussière cosmique, en gaz et en objets tels les étoiles et les planètes, lesquels existent encore aujourd'hui. Les étoiles visibles et les nébuleuses ne représentent que 0,6% de l'Univers. Tout ce que l'on appelle la "matière noire baryonique" -tout ce qui est fait d'atomes (les protons et les neutrons étant les "baryons" les plus courants)- représente 3,4% de l'Univers. Les étoiles, l'environnement interstellaire et les gaz chauds des amas de galaxies ne contiennent que 50% de la matière baryonique et la partie manquante consiste en les filaments de gaz diffus qui relient les galaxies -la masse totale de la matière normale, qui existait 400 000 ans après le Big Bang devrait encore être observable aujourd'hui mais elle ne l'est pas. Cette matière visible manquante pourrait se trouve soit dans l'espace entre les galaxies ou dans les halos galactiques. La "matière noire non baryonique" -ce qui en termes courants est la matière noire- est une forme de matière inconnue. Elle représente 26% de l'Univers. La matière noire ne produit pas de lumière ni agit sur celle-ci; elle interagit normalement avec la gravité mais, pour ce qui est des autres forces de l'Univers, elle n'interagit que faiblement. Aussi n'est-elle repérable que par ses effets gravitationnels. Les astronomes en sont venus à accepter cette idée d'une matière encore inconnue du fait que le comportement gravitationnel de l'Univers ne pouvait s'expliquer sur la seule base de la matière observée, visible ou pas. Vera Rubin, un astronome de la Carnegie Institution of Washington avait étudié la vitesse des étoiles dans différentes galaxies et observé qu'aucune différence ne se faisait jour entre celle d'étoiles proches du centre et celle d'étoiles plus lointaines. Ce résultat était en contradiction avec les bases de la physique newtonienne, qui impliquent qu'un objet situé plus loin d'un centre de gravité devrait orbiter plus lentement. Aussi, on émit l'hypothèse qu'il existait une masse invisible pour rendre compte de cela, masse qui devait devenir la "matière noire". D'une manière générale, 99% de la matière normale dans l'Univers se présente sous forme de plasma, soit des nuages d'ions et d'électrons; des conditions dites "plasma poussiéreux" (en anglais, "dust in a plasma") sont également communes dans l'espace interplanétaire. Le plasma poussiéreux doit également exister dans les queues des comètes et les poussières qui orbitent autour du Soleil. On sait maintenant que toute galaxie se trouve au sein d'amas de matière noire. Sans l'effet gravitationnel de celle-ci, les galaxies se dissocieraient du fait de leur rotation

La "matière noire baryonique" désigne donc les 3,4% de la matière courante que l'on ne peut pas observer (on avait d'abord pensé qu'il s'agissait d'étoiles naines faibles, de planètes errantes ou d'objets mystérieux, dits "quark nuggets", pesant 4 tonnes par 0,1 cm (1/25ème de pouce). Cette matière, dont on connaît la nature mais cependant inobservable directement, se répartit ainsi:

• 0,4% sont du gaz et de la poussière (des nébuleuses sombres des galaxies jusqu'aux gaz super-chaud des amas de galaxies). Une étude récente de novembre 2002, réalisée avec le satellite de l'ESA, le XMM/Newton, montre que la part de ce gaz, dans les amas de galaxies, serait beaucoup plus importante que prévu: 50% de la masse nécessaire aux amas pour, justement, empêcher ce gaz de s'échapper de l'amas
• les nuages froids et sombres d'hydrogène, qui se trouvent entre les galaxies, représente 1,2%
• le tiers restant de la matière "normale" manque; il est probable qu'il soit constitué de ces gigantesques filaments de gaz se trouvant dans l'espace intergalactique -soit du gaz chaud, avec des températures inférieures à 100 000 degrés K soit du gaz très chaud, à plus de 100 000°K. On appelle ces filaments, en anglais, le "warm-hot intergalactic medium" ("milieu intergalactique chaud-très chaud" ou WHIM). Son existence a été théorisée sur la base du fait que la matière baryonique a décliné régulièrement depuis les débuts de l'Univers. Le WHIM émet un rayonnement dans les rayons-X. Des études récentes ont fait la preuve de l'existence de cet hydrogène: a contrario, il silhouette, par exemple, la galaxie NGC 891, ou il bloque une partie des rayons-X émis par les quasars. Le WHIM représente 1,8% de l'Univers. Les études récentes font émerger cette certitude que, dans tout l'Univers, de grandes rivières de gaz chaud relient les galaxies. Il semble que ces filaments de WHIM soient les restes des débuts de l'Univers, représentant plus précisément le matériau d'origine qui ne se serait pas effondré pour former les galaxies lorsque les premières structures de l'Univers sont apparues vers il y a 13 milliards d'années: 20% de la matière forma alors les galaxies et les 80% restant -avec la matière noire- formèrent alors cette structure filamentaire joignant les galaxies et les amas de galaxies. Il semble que cet hydrogène chaud soit né à partir de collisions, à un certain moment après le Big Bang, entre les composants (les "baryons") normaux de la matiàre. Les collisions entre baryons chauffèrent le gaz extrêmement et les particules devinrent invisibles (actuellement, on ne peut les voir que dans l'ultra-violet). Le WHIM, donc, aujourd'hui, représenterait 80% de la matière normale et, surtout, il permettrait d'aider à localiser les régions de matière noire qui lui sont associées. Avant de pouvoir former les premiers objets de l'Univers, cet hydrogène dut d'abord se transformer en hydrogène moléculaire -deux atomes d'hydrogène se lient pour former une molécule. Une autre vue du WHIM pourrait être la suivante: les astronomes appellent "matière manquante" une partie de la matière normale de l'Univers (baryonique) mais dont on ne trouve pas trace pour la moitié de sa quantité; cette matière se trouverait dans une toile de gas chaud et diffus, le WHIM ou Warm-Hot Intergalactic Medium ("milieu intergalactique chaud-très chaud"). Le WHIM, dans ce cas, serait le matériau restant de la formation des galaxies qui, de plus, fut ensuite enrichi par des éléments éjectés des galaxies. Le Mur du Sculpteur, à 400 millions d'années-lumière de la Terre, est une grande structure diffuse qui s'étend sur des dizaines de millions d'années-lumière et qui contient des milliers de galaxies ainsi qu'une quantité importante de WHIM. Le WHIM, en général, n'a qu'une densité de 6 protons/m³ (le milieu interstellaire habituel a une densité moyenne d'1 million d'atomes d'hydrogène par m³. Le WHIM, dans sa majorité, a une température d'1 million de degrés. Quand la lumière des puissantes sources lumineuses que sont les quasars voyage jusqu'à la Terre, elle illumine les nuages d'hydrogène intergalactique. Ceux-ci absorbent la lumière à des longueurs d'onde diverses fonction de la distance entre tel ou tel quasar et les nuages. On finit donc par observer un système de lumière qu'on appelle la "Lyman-alpha forest" ("forêt Lyman-alpha")

->Hydrogène, hélium et éléments lourds
L'essentiel des ingrédients de l'Univers d'aujourd'hui sont l'hydrogène et l'hélium. Ce sont deux éléments légers, qui sont placés en tête de la table de Mendeleiev. Moins abondants sont normalement les éléments lourds, ces constituants plus "quotidiens" de la matière et des objets qui nous entourent. Ce sont, ainsi, des éléments tels le fer et les autres métaux. Mais des études récentes montrent que ces atomes font partie aussi du milieu intergalactique que l'on rencontre dans les amas de galaxies. C'est ce que montre une étude de 2009. Ces éléments lourds, jusqu'alors n'étaient observés que dans les étoiles ou, d'une façon générale, dans les galaxies. Une équipe a ainsi trouvé dans un amas large de 7 millions d'années-lumière, du chrome en quantité 30 millions de fois la masse du Soleil et du manganèse à 8 millions de fois la masse solaire... On pense que ce sont les vents des supernovas -lesquelles créent ces éléments lourds- qui ventilent hors des galaxies ceux-ci. Dans le cas de cet amas, les scientifiques pensent qu'il aura fallu l'explosion de 3 milliards de supernovas pour produire ces quantités d'éléments lourds et qu'il a fally des milliards d'années pour les extraire des galaxies. Des éléments essentiels à la vie font également partie des matériaux produites par les supernovas

->L'Univers, sous sa forme d'un réseau filamentaire, est essentiellement composé des filaments qui joignent les amas de galaxies entre eux, et qui est appelé le "milieu intergalactique" (en anglais: "intergalactic medium", IGM). L'IGM est essentiellement de l'hydrogène ionisé dont la densité est légèrement supérieure à la densité moyenne de l'Univers. Comme le processus de formation des filaments (effondrements gravitationnels, ondes de choc venant des galaxies, ionisation par les quasars) et l'existence d'un réservoir d'hydrogène dans les vides de la structure filamentaire chauffent l'hydrogène de l'IGM, celui-ci devient du "WHIM" ("milieu intergalactique chaud-brûlant"; en anglais: "warm-hot intergalactic medium"). Des études récentes ont montré que les filaments de l'Univers, de plus, sont entrelacés d'oxygène hautement ionisé, qui fut expulsé lorsque les premières étoiles explosèrent en supernovae. Les vides entre les filaments étant peuplé d'hydrogène fournit donc du matériau pour que, sur les quelques milliards d'années à venir, se forment des galaxies naines et des étoiles. L'ensemble du mécanisme de l'Univers filamentaire, enfin, est également conditionné par l'action de la matière noire. Aux intersections des filaments, se trouvent les amas de galaxies -appelés aussi, techniquement, en anglais des "collapsed halos", des "halos d'effondrement"

l'amas de galaxies Abell 1689 a aidé à mieux quantifier l'énergie noire. NASA/ESA/JPL-Caltech/Yale/CNRS

Les particules de matière noire possèdent des énergies très élevées et même les accélérateurs de particules les plus avancés ne peuvent les produire. Les scientifiques se sont d'abord tournés, depuis les années 1980, vers l'hypothése des "WIMP" (en anglais "weakly interacting massive particles"), des particules massives qui interagissent faiblement, en tant que constituants de la matière noire mais, des données de 2018 laissent penser que les WIMP -s'ils existent- interagissent encore plus faiblement avec la matière ordinaire qu'on ne pensait Les scientifiques passent aussi, par exemple, à la théorie de particules exotiques axions, semblables à des photons étranges et massifs, ou aussi se demander si la matière noire n'interagirait pas du tout avec les particules connues mais exister dans un "secteur caché". La matière noire n'émet ni absorbe de lumière mais elle interagit essentiellement avec le reste de l'Univers par la gravité. On n'observe ses effets que par la rotation des galaxies, la distortion de la lumière traversant des amas de galaxies et via des simulations de l'Univers des débuts lequel nécessite qu'il y ait eu de la matière noire pour former les galaxies. Les meilleurs candidats pour la matière noire sont différentes catégories de particules hypothétiques. On pense que les rayons gamma, la forme la plus énergétique de la lumière, aident à révéler la présence de certaines de ces particules. Les études du centre de la Galaxie et de galaxies naines satellites dans une gamme spécifique de masses et d'interactions ont éliminé certaines des particules possibles. Pour ce qui est du modèle des particules semblables à des axions (en anglais, "axion-like particle model") -des rayons gamma se transformeraient en des particules hypothétiques appelées axions puis celles-ci de nouveau en rayons gamma, on a exclu un intervalle de ces particules qui aurait composé 4% de la matière noire. Dans certains explications de la matière noire, des WIMP entrant en collision soit s'annihileraient mutuellement ou produirait une particule intermédiaire, connaissant une radioactivité rapide. Par ailleurs, on a observé que les blazars et autres sources aléatoires sont à la source de presque la totalité de la "extragalactic gamma-ray background" ("fond rayons gamma extragalactique", ou EGB) laquelle pourrait être due aux interactions entre particules de matière noire, ainsi l'annihilation ou la radioactivité des WIMP. L'EGB a été mesuré pour la première fois au début des années 1970 par le Small Astronomy Satellite 2 de la NASA. En tant que particule, la matière noire serait apparue presqu'immédiatement après le Big Bang, longtemps avant que la matière ordinaire ne se forme. Puis, dans les irrégularités amplifiées par l'épisode de l'inflation, la matière noire a joué le rôle de point d'ancrage gravitationnel, permettant aux irrégularités de croître, d'attirer la matière et de devenir le lieu de la formation des étoiles et des galaxies (d'où que l'on pense aussi que la matière noire est liée aux galaxies, et que les halos de matière noire qui entourent les galaxies ont une taille 10 fois plus importante que les galaxies mêmes). La matière noire, comme le WHIM (l'hydrogène chaud), devrait se trouver dans les filaments de l'Univers filamentaire. D'un point de vue plus simple, la matière noire ni ne produit de la lumière ni ne l'obscurcit. La gravité de la matière noire, cependant, agit sur la matière normale, via la gravité. Elle pourrait être constituée d'un type encore inconnu de particules et, dans ce cas, ces particules interagiraient les unes avec les autres. L'impact de la matière noire en termes de gravité est important: elle fait, par exemple, tourner les galaxies plus vite sur elles-mêmes. La matière noire, enfin, peut affecter la lumière visible de façon encore incompréhensible. Les quatre types possibles de matière connue en 2010 sont la matière norie froide, la matière noire chaude, la matière noire très chaude et la matière baryonique. Si le modèle du Big Bang contient de la matière noire, il s'agira de la forme froide car toute matière noire chaude serait exclue par la ré-ionisation et elle constitue donc 23% de la matière-énergie de l'Univers. Dans un "modèle élargi", la matière noire très chaude serait les neutrinos. La matière noire, comme observé en 2015 via la collision entre amas de galaxies, n'est pas ralentie lorsqu'elle entre en collision avec elle-même, ce qui restreint le champ des possibles

->Les particules pouvant expliquer la matière noire
Les WIMP ("Weakly Interacting Massive Particles", "particules massives à interaction faible")- sont diverses particules sub-atomiques qui auraient pu se former aux tout débuts de l'Univers, dans des températures très élevées (le "Boulby Underground Laboratory for Dark Matter Research, en Grande-Bretagne, se donne pour but de les étudier). Les WIMP ont leurs propres anti-particules et lorsqu'ils entrent en collision avec celles-ci, le résultat en est un électron et son anti-particule, un positron (certains pensent qu'un WIMP serait sa propre anti-particule et lorsque deux WIMP se heurtent, ils s'annihilent et produisent des particules connues, ainsi des couples électron/positron, proton/anti-proton et des rayons gamma). Si on peut détecter un nombre important de positrons à une certaine énergie, cela pourrait être le signe de la présence de matière noire: en effet, si les électrons se rencontrent naturellement en abondance dans l'Univers, moins d'évènements peuvent donner naissance à des positrons. De plus, ces positrons résultant de l'annihilation de la matière noire devraient avoir une énergie spécifique, fonction de la masse des WIMP. Un autre signe de la matière noire sera la direction d'où ils semblent venir: des positrons provenant de la destruction de matière noire devraient sembler venir de partout dans l'Univers mais pas d'une direction privilégiée. D'autres particules sont aussi sur les rangs pour rendre compte de la matière noire: les photinos, les "gravitinos", les "axions" ou les "monopôles magnétiques". Le neutrino, lui aussi, se présente comme explication à la matière noire (il serait, de plus, la seule particule candidate au statut qui aurait été réellement observée par les scientifiques); les neutrinos, cependant, ne devraient représenter qu'une petite partie de l'ensemble de la matière noire. Toutes ces particules candidates à l'explication de la matière noire se répartissent en deux catégories car on pense que la matière noire peut se distinguer en matière noire "froide" et matière noire "chaude" fonction de la masse des particules qui la composent. La matière noire froide ("froide" car composée de particules qui se déplaceraient lentement, ou qui auraient peu de pression) rendrait compte des structures de petite échelle (formation des galaxies -y compris les galaxies naines); la matière noire chaude ("chaude" car ses particules se déplaceraient rapidement) rendrait compte d'effets et de structures à grande échelle (effets gravitationnels de grande ampleur, amas de galaxies). Dans la première catégorie se rangeraient donc les WIMP, les axions, les MACHO, etc. et, dans la deuxième, des particules qui pourraient s'apparenter à une masse neutrino non zéro. Le plus récent candidat pour la matière noire est dit "neutralino"; s'ils existent, les neutralinos devraient, lors de leurs collisions, produire un grand nombre d'anti-électrons de haute énergie. De nombreux astronomes pensent que le mystère de la matière noire devrait vraisemblablement être résolu lorsqu'on découvrira de nouveaux types de particules sub-atomiques, lesquelles seront différentes de celles qui composent les atomes de la matière normale. Diverses expériences sur la Terre et dans l'espace s'efforcent de détecter et d'identifier ces particules. Une étude précise, en 2012 de dix galaxies naines qui orbitent autour de la Galaxie a pu ainsi définir les limites théoriques les plus précises jusqu'alors sur la nature de ces particules hypothétiques. Ces galaxies naines sphéroïdales, en effet, sont connues pour posséder de grandes quantités de matière noire. On a analysé les rayons gamma aux énergies comprises de 100 à 200 milliards d'électron-volts (GeV) mais une technique statistique n'a trouvé aucun signal rayons gamma compatible avec les annihilations prévues pour 4 types différents de WIMP. De tels résultats montrent que les WIMP supposés pouvoir être les particules de la matière noire, ne peuvent pas l'être dans cette gamme de masse et d'interactions (les WIMP, ou "Weakly Interacting Massive Particles" -"particules massives interagissant faiblement"- peuvent mutuellement s'annihiler lorsque des paires de ces particules interagissent, processus qui, de plus, produit des rayons gamma)
Une étude récente aux fins d'étudier la matière noire qui devait exister dans le voisinage du Soleil a montré qu'en fait il n'y en a pas! Cela rend donc le concept encore plus mystérieux. Les théories habituelles pensent que le voisinage de notre étoile doit être empli de matière noire, des milliards de particules nous traversant chaque seconde. A de faibles échelles de taille, la matière noire est plus froide et forme des amas de petite taille et pas seulement l'échaffaudage de galaxies; ces amas de petite taille ne contiennent même pas de galaxies
La "Sanford Underground Research Facility", à Lead, dans le Dakota du Sud, installé dans l'ancienne mine d'or Homestake, à 1,5 km de profondeur est un nouveau laboratoire, ouvert à la mi-2012 dans lequel on va chercher la matière noire. Le fait que les installations se trouvent en profondeur va les protéger des radiations cosmiques; le détecteur proprement dit, d'ailleurs, est plongé dans de l'eau, ce qui l'isole davantage. Une forme rare de radioactivité, par ailleurs, pourrait également être étudiée. Le laboratoire a été mis en place à l'aide de fonds d'origine privée et publique
Les galaxies, dont les étoiles sont faites de matière ordinaire, se forment vraisemblablement du fait de fluctuations dans la densité de leur matière noire; la gravité est la "colle" qui fait tenir ensemble la matière ordinaire et la matière noire dans les galaxies. Du fait de calculs faits dans les années 1990 et des simulations faites dans la décennie préédant 2015, la matière noire forme des "courants à grains fins" (en anglais, "fine-grained streams") de particules qui se déplacenet à la même vitesse et qui orbitent les galaxies -dont la nôtre. Quand un tel courant passe à travers une planète, les particules se concentrent en un filament ultra-dense ou "cheveu" (en anglais, "hair") de matière noire. La gravité de la Terre, par exemple, pourrait concentrer et courber le courant en ce cheveu rétréci et densifié. Lorsque les particules d'un courant traversent le centre de la Terre, le point de concentration devrait se trouver à 1 million de kilomètres (600 000 miles) du centre; les particules qui, elles, ne passent qu'à la surface de la Terre, forment finalement la fin du cheveu, deux fois plus loin

->Des progrès dans la compréhension de l'énergie noire?
Les astronomes font des progrès pour ce qui est de la compréhension de l'énergie noire: ils utilisent maintenant les lentilles gravitationnelles, tels les amas de galaxies massifs, la lumière de galaxies lointaines traversant ces amas en fragmentant et déformant les images de celles-ci permettant de comprendre comment cette lumière est courbée par la masse de l'amas. La courbure dépend de la nature de l'énergie noire. Cette méthode demande des mesures précises de la distance et de la vitesse d'éloignement des galaxies que l'on observe ainsi que des modèles mathématiques spécialisés et des cartes précises de la matière -à la fois matière noire et matière normale- qui compose l'amas. De telles mesures pourraient mener à quantifier la force de l'énergie noire en même temps qu'à une explication de celle-ci. Pour l'instant -en août 2010- l'étude de l'amas de galaxies Abell 1689, situé à 2,2 milliards d'années-lumière a accru, de manière significative, la précision de la mesure de l'énergie noire. Les plus récentes résultats, en 2016, confirment ce que de précédentes études avaient déjà découvert, à savoir que les propriétés de l'énergie noire n'ont pas changé depuis des milliards d'années; ils vont également dans le sens que l'énergie noire s'explique au mieux par la constante cosmologique d'Einstein (soit l'équivalent de l'énergie de l'espace vide)

Une autre étape importante dans la compréhension de la matière noire pourrait avoir eu lieu début 2012: une carte, large d'1 milliard d'années-lumière a été créée. Les astronomes ont utilisé le cheminement de la lumière provenant de galaxies lointaines, qui a été modifée par les distortions de l'espace-temps causées par la gravitation de la matière noire. Cela donne un réseau compliqué de matière noire et de galaxies. Une carte encore plus grande pourrait suivre
La présence et la distribution de la matière noire dans les amas de galaxie peut aussi être étudiée sous un angle plus dynamique: les amas géants de galaxies résultent habituellement de la fusion de plusieurs amas plus petits. Pendant de telles collisions, les théories actuelles de la matière noire estiment que les galaxies devraient rester ancrées à la mati&eagrave;re noire pendant que des nuages de gaz chaud intergalactique, émettant des rayons X, entrent en collision, ralentissent et restent donc en arrière-main de la collision (et ils constituent la preuve de celle-ci). Lors de collisions entre amas de galaxies, par ailleurs, le gas chaud des amas ralentit mais pas la matière noire. L'amas nommé le "Bullet Cluster" (littéralement l'"amas de la balle de fusil") est devenu l'exemple-type de comment la matière noire est supposée se comporter pendant une collision. Par contre l'amas Abell 520 a vu la matière noire se rassembler en un "coeur noir", un amas riche aussi en gaz, qui contient beaucoup de galaxies que ne le supposerait la théorie de l'ancrage entre galaxies et matière noire: la plupart des galaxies, apparemment, ne sont plus là. On a cartographié jusqu'à présent la matière noire dans 6 amas résultant de collisions; les amas Bullet Cluster et Abell 520 sont les plus récents. Ils présentent donc la différence que l'on vient de décrire et on n'a pas réussi à échaffauder de théorie satisfaisante pour en rendre compte. Un scénario propose qu'un certain type de matière noire serait "collante": la matière normale, pendant une collision d'amas, entre en collision et est ralentie et, alors qu'habituellement, les bulles de matière noire, elles, passent au travers les unes des autres et ne ralentissent pas, cette forme particulière de matière noire, au contraire, aurait la faculté d'agir avec elle-même et d'être ralentie. Une autre hypothèse est que la spécificité de l'amas Abell 520 ne résulterait que de ce qu'il s'est formé via une collision plus compliquée que celle du Bullet Cluster: il aurait impliqué trois amas de galaxies au lieu de deux. Une troisième explication, enfin, serait que le coeur d'Abell 520 contiendrait bien des galaxies mais que celles-ci, n'ayant formé que beaucoup moins d'étoiles que les autres, seraient trop faibles pour être vues. De telles études, d'une façon générale, confortent l'idée selon laquelle la matière noire n'interagit pas avec elle-même. Une étude de fin 2016 par l'European South Observatory (ESO) permet de penser que la matière noire serait moins dense, moins grumeleuse et distribuée plus également (ce qui est en désaccord avec les résultats de la mission européenne Planck)

->Plus de détails sur la relation entre les amas de galaxies et la matière noire
Les amas de galaxies, qui consistent en des milliers de galaxies, sont importants dans l'exploration de la matière noire car là où ils se trouvent, la matière noire est beaucoup plus dense qu'en moyenne. On pense que plus un amas est lourd, le plus de matière noire se trouve autour de l'amas. Une vue plus avancée encore est qu'il se pourrait que la structure interne d'un amas de galaxies est lié à son environnement de matière noire. Le plus un amas contient de galaxies, le moins est la densité de son environnement en termes d'amas voisins, ce qui signifie aussi que l'environnement en matière noire d'un amas détermine quelle est la densité de galaxies dans l'amas. La relation entre un amas et la matière noire environnante ne se caractérise pas seulement par la masse de l'amas mais aussi par l'histoire de sa formation: les amas les plus jeunes se trouvent dans des environnements, à grande échelle, de matière noire différents que les amas anciens. Cette relation entre la structure interne des amas et la distribution de la matière noire autour d'eux est une conséquence de la nature des fluctuations quantiques initiales qui sont apparues dès le Big Bang (et qui furent amplifiées par l'épisode inflationnaire)

Le reste de l'Univers, enfin, est composé, à 70%, d'"énergie noire", cette autre élément encore inconnu jusqu'à présent, de l'Univers. L'énergie noire est cette force mystérieuse qui accroît le rythme de l'expansion de l'Univers. Notons aussi que la matière noire ne devrait pas être pensée comme des halos qui entourent les galaxies et les amas de galaxies, mais qu'elle doit elle-même se présenter en amas -semblables, par exemple aux galaxies ou aux amas globulaires. Et la matière noire a une vie dynamique autonome. La matière ordinaire, ainsi, vient s'agglomérer autour de ces amas de matière noire mais pas autour de tous. Notre propre galaxie -la Galaxie- par exemple, possède un halo de matière noire mais, autour de ce halo, gravitent des milliers de petits amas de matière noire satellites, qui sont constamment en mouvement. Le mouvement de la matière noire peut se représenter comme un mouvement brownien (le mouvement aléatoire, par exemple, des grains de poussière dans l'air)