Question sur la matière noire

[bel23]

J'ai entendu dire que le disque d'étoile et de gaz formant n'importe quelle galaxie spirale tournait à la même vitesse à tout point; cela serait expliqué par un équilibre entre l'attraction créée par la gravité de la galaxie et celle créée par la matière noire autour de chaque galaxie ...

ma question est: comment se fait il donc que quelque soit la taille de la galaxie spirale (donc de son poids, donc de la gravité) il y ait toujours équilibre ? Comme s'il y avait toujours une quantité de matière noire pile poil ?
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[Gloubiscrapule]

La quantité n'est pas la même mais la répartition de la matière noire suit la même loi, ce qui donne à chaque fois une courbe de rotation plate.

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La quantité n'est pas la même mais la répartition de la matière noire suit la même loi, ce qui donne à chaque fois une courbe de rotation plate.

bonjour Gloubiscrapule

comme la répartition de la matière noire est fixée par une loi, est ce que le la part de matière est estimée à 83.8% avec cette loi et 16.2% de matière baryonique pour un total de 100% de matière?

merci d'avance

cordialement

[Gloubiscrapule]

comme la répartition de la matière noire est fixée par une loi, est ce que le la part de matière est estimée à 83.8% avec cette loi et 16.2% de matière baryonique pour un total de 100% de matière?

Non. La proportion matière noire/ matière baryonique change d'une galaxie à l'autre.

La loi, estimée de matière empirique dans les simulations numériques (on parle de "fit"), donne le profil de densité (masse en fonction du rayon) des halos de matière noire.

On parle de profil NFW.

[A voir en vidéo sur Futura]

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Merci pour cette réponse.

Ce profil NFW est plutot du genre compliqué à comprendre, je doute que je puisse y arriver

cordialement

[papy-alain]

Bonjour.

Il y a une chose que je ne comprends pas, avec la matière noire. L'observation montre que les étoiles éloignées du centre galactique tournent trop vite, par rapport à ce que prévoit la 3e loi de Kepler.
Pour compenser ce mouvement, il faudrait donc une force gravitationnelle plus grande émanant du centre galactique.
Or, c'est le contraire : la matière noire est située dans le halo, à la périphérie, ce qui devrait attirer les corps en rotation rapide encore plus rapidement vers l'extérieur et donc, disloquer rapidement la galaxie.
Où est l'astuce ?

[Gloubiscrapule]

Or, c'est le contraire : la matière noire est située dans le halo, à la périphérie, ce qui devrait attirer les corps en rotation rapide encore plus rapidement vers l'extérieur et donc, disloquer rapidement la galaxie.

Non la matière noire n'est pas située à la périphérie, elle est dans tout le halo, du centre à la périphérie.
Regarde le profil de densité NFW donné en lien, la densité est d'autant plus forte au centre qu'au bord.

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Non la matière noire n'est pas située à la périphérie, elle est dans tout le halo, du centre à la périphérie.
Regarde le profil de densité NFW donné en lien, la densité est d'autant plus forte au centre qu'au bord.

Rebonjour

je suis incapable de comprendre les implications en termes de densité qui découlent de ce profil NFW.


qu'est que ça donne si on esssaye de le vulgariser grossièrement ? la densité de matière noire est d'autant plus forte que la matière noire est proche du centre de la galaxie ? autre chose ?

merci d'avance

cordialement

[Gloubiscrapule]

la densité de matière noire est d'autant plus forte que la matière noire est proche du centre de la galaxie ? autre chose ?

C'est ça.

Sauf qu'on dira plutôt: centre du halo. Mais bon normalement le centre du halo de matière noire et le centre de la galaxie correspondent.

[papy-alain]

Bon, donc matière baryonique et non-baryonique sont spatialement intimement mêlées.
Mais alors, on devrait en détecter la présence également au sein du système solaire, voire même sur la Terre, non ?

[Gloubiscrapule]

Bon, donc matière baryonique et non-baryonique sont spatialement intimement mêlées.

Oui par la gravité. Le gaz s'effondre au centre des halos de matière noire pour former les galaxies...

Mais alors, on devrait en détecter la présence également au sein du système solaire, voire même sur la Terre, non ?

Oui, mais comme elle interagit très peu avec la matière c'est très dur à détecter.

Il y a des expériences de détection:

en orbite terrestre (AMS, PAMELA), sous la glace du pôle Sud (AMANDA, IceCube), en milieu marin (ANTARES), ou encore dans les laboratoires souterrains (EDELWEISS, MIMAC, PICASSO (en)).

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C'est ça.

Sauf qu'on dira plutôt: centre du halo. Mais bon normalement le centre du halo de matière noire et le centre de la galaxie correspondent.

bon ben dans ce cas pour moi ça me parait clair, j'espère que ce le sera bientot aussi pour "les autorités" comme les a nommé ù100fil. c'est là dedans qu'il faut, à mon avis, chercher une gravité quantique à boucle : cette densité est assimilable à une probabilité de trouver une quantité d'énergie à un distance donnée du centre pour peu qu'on puisse le localiser

je me repose un peu le temps de me remettre de mes émotions et je vais poser une colle dimensionnelle dans la même veine que mon accération unruh mais cette fois avec G⁴, c⁴ et la constante de structure fine, rien que ça (je vous laisserais du temps pour trouver votre propre réponse, moi il m'a fallu 42 ans )

cordialement

[papy-alain]

En poussant le raisonnement un peu plus loin, peut on considérer que la plus grande partie de la masse de la Terre est en fait constituée de matière noire ?

[daniel100]

Bonjour,

Les astres en périphéries pourraient tourner plus ou moins vite à cause de la matière noire, mais par quel grand hasard les astres tournent-ils à la même vitesse ? et cela, dans toutes les galaxies.

[Gilgamesh]

En poussant le raisonnement un peu plus loin, peut on considérer que la plus grande partie de la masse de la Terre est en fait constituée de matière noire ?

Non, fait un simple calcul de densité moyenne. Si le halo est disons 6 fois plus massif que la masse baryonique et son rayon disons 10 fois plus grand, la densité moyenne est :



où M_G~10⁴¹ kg, R_G~10²¹ m sont la masse baryonique de la Galaxie et son rayon.

rho ~ 10^-25 kg.m^-3

Sachant que la densité baryonique de la Terre est de l'ordre de 5500 kg.m^-3, le ratio baryon/MN du globe terrestre est de l'ordre de 10²⁸.


a+

[papy-alain]

le ratio baryon/MN du globe terrestre est de l'ordre de 10²⁸.
a+

C'est énorme comme différence.
Mais alors, comment se fait il qu'il y ait si peu de matière noire sur Terre, alors qu'il y en a tant dans l'espace (par rapport à la quantité de matière visible) ?
C'est étonnant, parce que, finalement, la formation des planètes et des étoiles se fait à partir du matériau trouvé dans la galaxie, qui contient plus de matière baryonique que non baryonique.

[mach3]

Bonjour,

j'ai jeté un oeil, par curiosité, au profil de NFW sur wikipédia et je trouve bizarre que ce profil diverge en zéro.
Ils en parlent d'ailleurs dans la page wiki (en fait ils parlent plus de l'intégrale de 0 à R du profil qui diverge mais c'est le même combat) et font un bricolage que je n'arrive pas à appréhender pour s'en sortir.

1- quelqu'un peu m'expliquer un peu mieux le bricolage (ou au moins son but)

2- n'existe-t-il pas de meilleur profil, sans divergence au centre qui me parait non physique?

merci

m@ch3

[Gilgamesh]

C'est énorme comme différence.
Mais alors, comment se fait il qu'il y ait si peu de matière noire sur Terre, alors qu'il y en a tant dans l'espace (par rapport à la quantité de matière visible) ?
C'est étonnant, parce que, finalement, la formation des planètes et des étoiles se fait à partir du matériau trouvé dans la galaxie, qui contient plus de matière baryonique que non baryonique.

Parce que déjà la densité de matière baryonique dans la Galaxie est très faible, de l'ordre de 10^-20 kg.m^-3. Elle reste 10⁵ fois plus dense que la MN au sein du disque, mais le halo est 6.10⁵ fois plus volumineux que le disque (je précise que le calcul est très grossier puisque j'ai pris une densité moyenne pour la MN).

MN win !

a+

[Gloubiscrapule]

Les astres en périphéries pourraient tourner plus ou moins vite à cause de la matière noire, mais par quel grand hasard les astres tournent-ils à la même vitesse ? et cela, dans toutes les galaxies.

Beh c'est à cause de la répartition de la matière noire.
Même vitesse est un grand mot, c'est à peu près constant sur un intervalle mais on n'a pas une ligne parfaite.
En gros ça décroit avec juste la matière baryonique et ça croit lentement avec juste la matière noire. La combinaison des 2 donne un truc plutôt constant à partir du bord de la galaxie et jusqu'à pas trop loin dans le halo de MN.

Mais alors, comment se fait il qu'il y ait si peu de matière noire sur Terre, alors qu'il y en a tant dans l'espace (par rapport à la quantité de matière visible) ?

La matière noire n'est sensible qu'à la gravité. Donc pas de rayonnement, pas de collisions, pas de perte d'énergie, pas de réactions, pas de chimie, pas d'agrégat, pas de planètes...

Si la matière qu'on connait est aussi dense c'est parce qu'elle a pu évacuer son énergie en se refroidissant/en rayonnant, et donc se faire condenser sous l'effet de la gravité!
La matière noire ne perd pas d'énergie, elle reste donc très diffuse dans des halos plutôt sphériques.

1- quelqu'un peu m'expliquer un peu mieux le bricolage (ou au moins son but)

L'intégrale de 0 à R (c'est à dire la masse contenu dans une sphère de rayon R) diverge quand R tend vers l'infini et non quand R tend vers 0. Considérer que ce profil des halos s'étant à l'infini est absurde, d'autant plus que ça fait diverger la masse, donc on considère la fin du halo au rayon viriel. Ce qui donne une masse finie.

2- n'existe-t-il pas de meilleur profil, sans divergence au centre qui me parait non physique?

Il en existe d'autres bien sur. Mais il ne faut pas oublier que le profil NFW est un fit des simulations, avec ses limites. Tu te doutes bien que la densité n'est pas infini au centre, mais les résolutions des simulations ne permettent pas d'aller sonder aux très petits rayons.

En plus tu mets le doigt sur un des 3 gros problèmes des simulations avec CDM: la densité du coeur des halos en 1/r ne correspond pas à ceux observés dans les galaxies naines qui est plutôt constant, c'est ce qu'on appelle le "core-cusp problem.

Les 2 autres étant le problème du moment angulaire dans les galaxies spirales et le trop grand nombre de petits halos autour des grandes galaxies.

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Bonjour,

j'ai jeté un oeil, par curiosité, au profil de NFW sur wikipédia et je trouve bizarre que ce profil diverge en zéro.

Bonjour

Je pipe rien à ce profil mais je me demande dans quelle mesure le fait que le point zéro qui est censé être le trou noir au centre de notre galaxie, si je ne fait pas erreur, peut avoir une influence

Cordialement

[papy-alain]

C'est le principe fondamental qui m'échappe.
Si la seule interaction à laquelle la matière noire est sensible est la gravitation, elle doit être soumise aux lois de Kepler. Et si la matière baryonique tourne trop vite, c'est que la matière noire tourne trop vite également autour du barycentre galactique. Pourquoi ?????

[Deedee81]

Salut,

C'est le principe fondamental qui m'échappe.
Si la seule interaction à laquelle la matière noire est sensible est la gravitation, elle doit être soumise aux lois de Kepler. Et si la matière baryonique tourne trop vite, c'est que la matière noire tourne trop vite également autour du barycentre galactique. Pourquoi ?????

Ben justement. Ca tourne trop vite car la masse est plus grande que celle observée... à cause de la matière noire. Et évidemment, ça donne un profil de vitesse plus rapide qu'attendu pour les étoiles.... et la matière noire.

Rien de bizarre à ça.

[papy-alain]

Salut,



Ben justement. Ca tourne trop vite car la masse est plus grande que celle observée... à cause de la matière noire. Et évidemment, ça donne un profil de vitesse plus rapide qu'attendu pour les étoiles.... et la matière noire.

Rien de bizarre à ça.

Mais si, c'est bizarre (en tout cas pour moi )
Si tu places un petit caillou de rien du tout à la place de la Terre, il va tourner autour du soleil exactement à la même vitesse, sur la même orbite. La masse est donc sans importance.

[papy-alain]

Je précise un peu plus mon intervention précédente.
Selon la troisième loi de Kepler, seule la masse globale de l'ensemble du système intervient. L'ensemble de la galaxie doit tourner plus ou moins vite en fonction de cette masse totale. Mais ça ne justifie pas qu'il y ait une vitesse de rotation quasi-similaire au bord de la galaxie et près du centre.

[Gloubiscrapule]

Selon la troisième loi de Kepler, seule la masse globale de l'ensemble du système intervient.

La 3ème loi de Kepler dit:


Si je suppose une orbite circulaire, j'ai la vitesse de rotation:



Soit:



qui est la vitesse de rotation keplerienne.

Donc quand je suis loin de ma galaxie la vitesse doit évoluer comme la formule ci dessus, en décroissant comme l'inverse de la racine carré du rayon.

Mais ça ne justifie pas qu'il y ait une vitesse de rotation quasi-similaire au bord de la galaxie et près du centre.

Or j'observe que la vitesse n'évolue pas, ça veut dire que la masse totale n'est pas constante à mesure que je m'éloigne mais qu'elle augmente grosse modo proportionnellement au rayon de telle sorte que M(r)/r ne dépend plus de r.

Pourtant quand je m'éloigne de la galaxie on ne voit rien, donc il y a de la masse qu'on ne voit pas encore bien au delà la limite visible des galaxie. Il y a donc un halo de matière noire beaucoup plus grand dont l'évolution de la masse totale en fonction du rayon annule l'effet de 1/r dans la vitesse de rotation de telle sorte qu'elle reste constante!

Dans le cas général, la vitesse est donnée par:



où M(r) est la masse comprise dans une sphère de rayon r, c'est à dire:



où est la densité au rayon r.

[mach3]

euh... Les lois de Kepler ne sont valable que pour des corps de masse faible devant un corps central à symétrie sphérique (voir considéré comme ponctuel) non? D'ailleurs on se limite même au système étoile-planète en négligeant toutes les autres influences y compris celles des autres planètes.

Donc il n'y a pas à s'étonner qu'une galaxie ne suive pas les lois de Kepler. On ne peut pas se limiter à un système étoile-trou noir centrale et négliger toutes les autres étoiles qui représentent une masse bien supérieure à ce système.
Par contre si on considère seulement la matière que l'on voit, les vitesses prédites ne collent pas avec celles qui sont observées, donc il faut vraiment ajouter de la matière invisible avec un certain profil pour reproduite les vitesses observées.

m@ch3

[Gloubiscrapule]

euh... Les lois de Kepler ne sont valable que pour des corps de masse faible devant un corps central à symétrie sphérique (voir considéré comme ponctuel) non?

Non les lois de Kepler c'est valable pour n'importe quelles masses pourvu qu'il y en ait 2. C'est la solution exacte du problème à 2 corps.

[mach3]

Non les lois de Kepler c'est valable pour n'importe quelles masses pourvu qu'il y en ait 2

bon soit, mais donc elles ne sont pas applicable à une galaxie qui est un système à n corps. Du coup Kepler est HS dans l'histoire du profil de vitesse des étoiles dans une galaxie. C'est où je voulais maladroitement en venir.

m@ch3

[xxxxxxxx]

La 3ème loi de Kepler dit:


Si je suppose une orbite circulaire, j'ai la vitesse de rotation:



Soit:



qui est la vitesse de rotation keplerienne.

Donc quand je suis loin de ma galaxie la vitesse doit évoluer comme la formule ci dessus, en décroissant comme l'inverse de la racine carré du rayon.



Or j'observe que la vitesse n'évolue pas, ça veut dire que la masse totale n'est pas constante à mesure que je m'éloigne mais qu'elle augmente grosse modo proportionnellement au rayon de telle sorte que M(r)/r ne dépend plus de r.

Pourtant quand je m'éloigne de la galaxie on ne voit rien, donc il y a de la masse qu'on ne voit pas encore bien au delà la limite visible des galaxie. Il y a donc un halo de matière noire beaucoup plus grand dont l'évolution de la masse totale en fonction du rayon annule l'effet de 1/r dans la vitesse de rotation de telle sorte qu'elle reste constante!

Dans le cas général, la vitesse est donnée par:



où M(r) est la masse comprise dans une sphère de rayon r, c'est à dire:



où est la densité au rayon r.

Bonjour Gloubiscrapule

Est ce que ça mène quelque part si je suppose que dans par exemple, est contraint (= ?) par ?

Est ce que ça permettrait de mettre des contraintes sur la variable temps ou rayon à la vitesse c ?

Cordialement

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Sans en être certain : est ce qu'on rapproche avec ce cas de figure de la formule du trou noir de schwarzschild pour




?