La matiere noire sera t elle l'ether contemporain

[Gilgamesh]

L'année de la découverte du fond diffus, soit 1964, la théorie quantique existait déjà ( prix nobel decerné en 1978). Pourquoi l'inflation n'a pas été théorisée (1980) avant la découverte de l’homogénéité du fond diffus, incompatible avec la dynamique d'expansion de l'univers de la RG?.

La question de la platitude et de l'homogénéité de l'univers dépasse la question du CMB. Quelle que soit la valeur de la courbure actuelle, dès lors qu'elle est supérieur à une valeur, disons, mesurable, et pour un univers suffisamment vieux, supérieur au milliard d'années, la question de la courbure se pose, et on tombe sur le problème du fine tunning des conditions initiales.

Le scénario inflationnaire de Guth, proposé en 1981 était basé sur la théorie grand unifiée, qui, elle, date de 1974. Difficile de proposer des scénario inflationnaire avant cette date. Mais à cette époque, vu que le contenu de l'univers est formé uniquement de matière noire et baryonique, le Ω total de l'univers est de l'ordre de 0,3. Tandis que l'inflation implique un univers strictement critique Ω=1. Prédiction qui a été confirmée en 1998 par la découverte de l'accélération de l'univers.
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[Gilgamesh]

Si la prédiction est quantitative, on n'a pas besoin de fixer quoique ce soit. Soit la théorie prédit l'amplitude des pics et c'est une prédiction, soit on fixe a posteriori et c'est une paramétrisation. On ne peut pas à la fois prédire et fixer, paramétrer...

Si, on peut prédire le domaine de la mesure. On savait déjà que c'était autours de 0,3 et les mission WMAP et Planck ont permis de fixer les paramètre à mieux que 1%.

[Olorin]

Le scénario inflationnaire de Guth, proposé en 1981 était basé sur la théorie grand unifiée, qui, elle, date de 1974. Difficile de proposer des scénario inflationnaire avant cette date. Mais à cette époque, vu que le contenu de l'univers est formé uniquement de matière noire et baryonique, le Ω total de l'univers est de l'ordre de 0,3. Tandis que l'inflation implique un univers strictement critique Ω=1. Prédiction qui a été confirmée en 1998 par la découverte de l'accélération de l'univers.

L'approche inflationnaire est tout sauf une théorie précise et prédictive, elle ressemble de plus en plus a un cadre flexible qui s’accommode d'un éventail très large de possibilités, mais avec de plus en plus de difficultés et de moins en moins de cohérence ( comme la matière noire d'ailleurs). D'ailleurs les modèles les plus simples d'inflation ont déjà été falsifiés par l'observation et les données de Planck ( déviation des fluctuations de l'invariance d’échelle «*prédites*» et signatures d'ondes gravitationnelles primordiales en dessous du seuil de detection alors qu'elles auraient dues être détectables), ce qui a obligé les inflationnistes a se précipiter sur l'armoire a pharmacie et a appliquer encore quelques sparadraps sur leur construction qui ressemble de plus en plus a un monstre de Frankenstein plus qu'a une théorie simple, élégante et predictive. Les courbes de champ d'inflaton corrigées pour rendre compte de Planck sont étranges au possible, elles doivent atteindre un plateau a des densités d’énergie des trilliards de fois plus faible que la densité de Planck disponible juste après le «*big bang*», ce qui implique que dans ce cas le champ d'inflaton serait constitué d'une fraction infinitésimale de la densité d’énergie totale disponible après le «*big bang*» et donc beaucoup trop faible pour causer l'inflation de l'univers pile a cet instant. Le champ d'inflaton doit alors s'ajuster de manière très rapide jusqu’à ce que sa valeur soit compatible avec le démarrage de l'inflation, ce qui devient très difficilement réconciliable avec le besoin de parcourir ces valeurs de manière plus douce. En d'autres termes il est impossible pour le champ d'inflaton d'ajuster sa vitesse de variation à la bonne valeur de densité d'énergie de sorte que l'inflation démarre effectivement de la bonne manière ( pour être compatible avec Planck).

[Gilgamesh]

L'approche inflationnaire est tout sauf une théorie précise et prédictive, elle ressemble de plus en plus a un cadre flexible qui s’accommode d'un éventail très large de possibilités, mais avec de plus en plus de difficultés et de moins en moins de cohérence ( comme la matière noire d'ailleurs). D'ailleurs les modèles les plus simples d'inflation ont déjà été falsifiés par l'observation et les données de Planck ( déviation des fluctuations de l'invariance d’échelle «*prédites*» et signatures d'ondes gravitationnelles primordiales en dessous du seuil de detection alors qu'elles auraient dues être détectables), ce qui a obligé les inflationnistes a se précipiter sur l'armoire a pharmacie et a appliquer encore quelques sparadraps sur leur construction qui ressemble de plus en plus a un monstre de Frankenstein plus qu'a une théorie simple, élégante et predictive.

Bah non, la "presque invariance d'échelle" des anisotropie (avec un indice spectral de ns ~ 0,96) est un test concluant de la théorie, dès lors qu'on prend en compte le fait que la décroissance du champ est progressive.

Dans la théorie de l'inflation, le taux d'expansion H est une fonction directe de la densité d'énergie du vide H ~ √Λ/3. Cette densité Λ se modélise comme celle d'un champ quantique Φ, et ce dernier fluctue de place en place de façon purement quantique comme il se doit. La valeur de Λ étant monstrueusement élevée (~ GUT) le taux d'expansion l'est aussi, c'est le principe de l'inflation, tout en étant très fluctuant. Si vous prenez une bulle d'espace de dimension disons planckienne en inflation, elle va grandir à un certain taux, puis en chacune de ses parties la densité d'énergie du vide va varier en chaque point, puis au sein de chacune des bulles d'espace nées de ces point, la densité va à nouveau varier, etc. On a un système de poupées russes de fluctuations emboîtées, et la mécanique quantique nous dit que toutes ces fluctuations sont invariantes d'échelle. Cela se traduit par un indice spectral ns=1. C'était donc et en première approximation, la prédiction forte de la théorie de l'inflation concernant le paysage des fluctuations.

Mais des théoriciens raffinant le résultat ont tenu à prendre en compte le fait que l'inflation finit bien par cesser un jour ! Sinon, on ne serait pas là... Au moment où le champ s'effondre, les dernières fluctuations sur le point de s'enfler ont les ailes coupées : on doit trouver une coupure dans la distribution des plus petite fluctuations (les dernières à s'être produites) et ça se traduit par un indice spectral prédit de 0,96. La mission Planck arrive, avec pour mission d'extraire l'intégralité du signal du spectre des fluctuation de température du CMB, et paf : ns = 0,968, et la valeur 1 exclue à plus de 5 sigma.

Ci-dessous, ns (primordial tilt) est en abscisse. En ordonnée, on a le ratio entre les mode B et les mode E de polarisation du rayonnement. Les modes E et B sont nommés ainsi par analogie avec la façon dont ont note usuellement le champs électrique (E) et le champ magnétique (B), bien que ça n'ait rien à voir ici avec l'action d'un champ électrique ou magnétique. Le mode E désigne une polarisation radiale et tangentielle et le mode B une polarisation circulaire. Les mode B primordiaux sont ceux qui se forment du fait que les fluctuations du champ inflationnaire impliquent des différences de densités, et la création d'onde gravitationnelles qui à leur tour influe sur les mouvement du plasma primordiaux. Les divers modèles d'inflation font des prédictions assez précises de r, le ratio mode tenseur (= ondes gravitationnelles =>polarisation B) / mode scalaire (= ondes de densité => polarisation E), et la mission Planck permet de procéder à un premier dégrossissage.

Les courbes de champ d'inflaton corrigées pour rendre compte de Planck sont étranges au possible, elles doivent atteindre un plateau a des densités d’énergie des trilliards de fois plus faible que la densité de Planck disponible juste après le «*big bang*», ce qui implique que dans ce cas le champ d'inflaton serait constitué d'une fraction infinitésimale de la densité d’énergie totale disponible après le «*big bang*» et donc beaucoup trop faible pour causer l'inflation de l'univers pile a cet instant. Le champ d'inflaton doit alors s'ajuster de manière très rapide jusqu’à ce que sa valeur soit compatible avec le démarrage de l'inflation, ce qui devient très difficilement réconciliable avec le besoin de parcourir ces valeurs de manière plus douce. En d'autres termes il est impossible pour le champ d'inflaton d'ajuster sa vitesse de variation à la bonne valeur de densité d'énergie de sorte que l'inflation démarre effectivement de la bonne manière ( pour être compatible avec Planck).

On verra si le unlikeliness problem de Steinhardt porte. Pour l'instant ça n'a pas l'air de bouleverser la discipline. Le modèle inflationnaire garde la faveur de la communauté scientifique.

Si j'ai le temps, je lirais la réponse donnée par Guth, Kaiser, Nomura (GKN) ici : Inflationary paradigm after Planck 2013


Pour ceux que ça intéresse je conseille pour commencer les cours d'Alan Guth au MIT, qui sont vraiment très bien sur le sujet (en anglais mais sous-titré anglais avec soin):

1. Inflationary Cosmology: Is Our Universe Part of a Multiverse? Part I
2. Inflationary Cosmology: Is Our Universe Part of a Multiverse? Part II

Je rajoute le cours plus technique (mécanisme de l'inflation) :
23. Inflation

[Olorin]

Eh si, l'astronomie multi-messagers OG + gamma + visible + IR + radio, tout ça sur le même événement, détecté en premier par OG ça existe depuis aout 2017. LIGO et Virgo ont enregistrés simultanément un événement identifié comme la fusion de deux étoiles à neutron grâce à la forme du signal, elle-même calculée de façon à la fois analytique et numérique en appliquant strictement le formalisme de la relativité générale. Immédiatement après (t+0,7 s) le satellite Fermi a détecté un flash de rayon gamma court, qui depuis longtemps est associé à la fusion d'étoiles à neutron. Grace à la triangulation permise par LIGO-Virgo on peut situé l'événement sur la voûte céleste...et on le trouve en optique quelques heures plus tard. A la bonne distance, à la bonne énergie. Il a ensuite été observé à toutes les longueurs d'onde par près de 70 observatoires.

Je mentionnais bien la l'identification et la caractérisation de la source. A ma connaissance ce travail n'a pas été fait car la source est située dans une autre galaxie située a 40 Mpc, ce qui rend la caractérisation astrophysique de la source (mesure de la masse, du spin etc...) particulièrement delicate pour ne pas dire impossible. L'analyse du signal prédit la fusion de 2 astres ( étoiles a neutrons a priori) en un astre fils ( étoile à neutron? trou noir?) de masse 2.74 masse solaire. Il y a donc des incertitudes qui portent sur la nature de l' astre résultant, même si l'hypothèse de la production d'une étoile a neutron hyper massive suivi de la formation d'un trou noir est privilégiée.Tant que l'on observera pas un signal permettant de remonter à une source caractérisable ( masse, spin, nature) par d'autres méthodes observationnelles, on ne pourra pas valider nos connaissances sur les ondes gravitationnelles censées prédire ces mêmes caractéristiques. Mais on est paré à priori, il n'y a plus qu'a attendre un signal plus proche, de la voie lactée idéalement.

[Olorin]

Bah non, la "presque invariance d'échelle" des anisotropie (avec un indice spectral de ns ~ 0,96) est un test concluant de la théorie, dès lors qu'on prend en compte le fait que la décroissance du champ est progressive [...] et ça se traduit par un indice spectral prédit de 0,96. La mission Planck arrive, avec pour mission d'extraire l'intégralité du signal du spectre des fluctuation de température du CMB, et paf : ns = 0,968, et la valeur 1 exclue à plus de 5 sigma.

Avant Planck il existait environ 200 modèles d'inflation avec des caractéristiques différentes, et un si grand écart à l'invariance d’échelle n'était absolument pas compatible avec les versions les plus simples qui ont du prendre la porte...dire qu'il s'agit d'une "prédiction" de l'inflation, c'est fort en chocolat...Seul les modèles considérés comme les plus "tordus" avant Planck ( à plateau) s’accommode de cet écart à l'invariance d'échelle, ce qui entraîne tous les problèmes liés a l'allure du champ inflaton. D'ailleurs personne n'a la moindre idée d'où pourrait provenir le champ d'inflaton, ce qui est un problème supplémentaire, ou devrais-je dire une épicycle de trop...

[Gilgamesh]

Je mentionnais bien la l'identification et la caractérisation de la source. A ma connaissance ce travail n'a pas été fait car la source est située dans une autre galaxie située a 40 Mpc, ce qui rend la caractérisation astrophysique de la source (mesure de la masse, du spin etc...) particulièrement delicate pour ne pas dire impossible. L'analyse du signal prédit la fusion de 2 astres ( étoiles a neutrons a priori) en un astre fils ( étoile à neutron? trou noir?) de masse 2.74 masse solaire. Il y a donc des incertitudes qui portent sur la nature de l' astre résultant, même si l'hypothèse de la production d'une étoile a neutron hyper massive suivi de la formation d'un trou noir est privilégiée.Tant que l'on observera pas un signal permettant de remonter à une source caractérisable ( masse, spin, nature) par d'autres méthodes observationnelles, on ne pourra pas valider nos connaissances sur les ondes gravitationnelles censées prédire ces mêmes caractéristiques. Mais on est paré à priori, il n'y a plus qu'a attendre un signal plus proche, de la voie lactée idéalement.

On a un signal spécifique de fusion d'étoile à neutron, on observe à cet endroit une boule de feu transitoire à la magnitude et avec la courbe de lumière prédite, cohérente avec tout ce qu'on sait du phénomène, dans toutes les longueurs d'onde => c'est validé.

[Gilgamesh]

Avant Planck il existait environ 200 modèles d'inflation avec des caractéristiques différentes, et un si grand écart à l'invariance d’échelle n'était absolument pas compatible avec les versions les plus simples qui ont du prendre la porte...dire qu'il s'agit d'une "prédiction" de l'inflation, c'est fort en chocolat...Seul les modèles considérés comme les plus "tordus" avant Planck ( à plateau) s’accommode de cet écart à l'invariance d'échelle, ce qui entraîne tous les problèmes liés a l'allure du champ inflaton. D'ailleurs personne n'a la moindre idée d'où pourrait provenir le champ d'inflaton, ce qui est un problème supplémentaire, ou devrais-je dire une épicycle de trop...

La version la mieux validée par Planck est un des tout premier modèle d'inflation historiquement publié, et qui est un genre de gravité modifiée ^_^
(voir ici : modèle de Starobinsky f(R) gravity).

[Olorin]

On a un signal spécifique de fusion d'étoile à neutron, on observe à cet endroit une boule de feu transitoire à la magnitude et la courbe de lumière prédite et cohérente avec tout ce qu'on sait du phénomène, dans toutes les longueurs d'onde => c'est validé.

Je n'ai pas fait assez de recherches sur le sujet pour me mettre d'accord avec votre affirmation, des liens vers des articles validant vos propos ? Moi je lis dans le résumé ici https://www.ligo.org/detections/GW170817.php : "The remnant of GW170817 is unclassified, and labeled as a question mark.", une conclusion très différente de la vôtre...

[Gilgamesh]

Je n'ai pas fait assez de recherches sur le sujet pour me mettre d'accord avec votre affirmation, des liens vers des articles validant vos propos ? Moi je lis dans le résumé ici https://www.ligo.org/detections/GW170817.php : "The remnant of GW170817 is unclassified, and labeled as a question mark.", une conclusion très différente de la vôtre...

La simulation donne une fusion d'étoile à neutron, avec une durée de signal 30 fois plus longue que lors de fusion de trou noir.


Bon, mais là c'est de la pure mauvaise foi, qui confirme toute celle qui précède dans vos propos et qui ne vous grandit pas.

Cela clôt la discussion.