Paradoxe de la matière noire

[papy-alain]

Bonjour à tous.
Ce qui m'apparaît comme un paradoxe est en réalité une interrogation : pourquoi ne détecte-t-on aucun rayonnement de cette matière noire ? Tout corps rayonne, dés l'instant où sa température est différente de 0°K. D'autre part, la matière noire est beaucoup plus abondante que la matière visible et ne devrait donc pas passer inaperçue. Est ce une question de sensibilité de nos moyens de mesures, ou suppose-t-on que la matière noire est à O°K, ou cette matière noire n'est elle qu'une abstraction mathématique sans réalité physique ?

[invite80fcb52e]

pourquoi ne détecte-t-on aucun rayonnement de cette matière noire ?

Les particules de matière noire sont insensibles à la force électromagnétique (charge nulle), donc elle ne pas interagir (absorption ou émission) avec la lumière. Contrairement aux électrons qui eux réagissent et nous permettent donc de voir la matière normale!

[papy-alain]

Les particules de matière noire sont insensibles à la force électromagnétique (charge nulle), donc elle ne pas interagir (absorption ou émission) avec la lumière. Contrairement aux électrons qui eux réagissent et nous permettent donc de voir la matière normale!

Je ne vois que le neutrino pour avoir une charge nulle et une masse non nulle. Se pourrait il qu'il y en ait d'autres ?

[inviteccac9361]

Bonjour,

voici un extrait d'une discussion entre l'internaute et Jean-Pierre Luminet (en 2007):

La matière noire, c'est quoi ?
Jean-Pierre Luminet : On sait que l'Univers est composé aujourd'hui de 99% de matière et énergie noire. La matière noire est soit de la matière atomique ordinaire, sous forme d'étoiles sombres, trous noirs, planètes, etc. : 4% seulement; de matière non atomique, comme les neutrinos et autres particules vraisemblablement produites dans le Big Bang : 24%
Reste environ 72% d'énergie sombre, qui n'est pas de la matière au sens habituel, mais un champ d'énergie pure (peut-être l'énergie du vide). Contrairement a la matière noire, l'énergie sombre est anti-gravitante; elle a donc tendance à accélérer l'expansion de l'Univers. C'est justement ce qui est observé.

http://www.linternaute.com/science/e...-luminet.shtml

Si j'ai bien saisi, on pourait donc théoriquement observer 4% de cette Matiere Noire, puisqu'il sagit de matiere ordinaire.
Quant au reste....

[A voir en vidéo sur Futura]

[Calvert]

Je ne vois que le neutrino pour avoir une charge nulle et une masse non nulle. Se pourrait il qu'il y en ait d'autres ?

Dans le modèle standard, le boson Z⁰.

En astrophysique, on appelle les candidats plausibles à la matière noire les WIMPS. Il y a plusieurs candidats issus des modèles "au-delà du modèle standard", notamment en supersymétrie, par exemple.

[papy-alain]

En astrophysique, on appelle les candidats plausibles à la matière noire les WIMPS

Comme les axions, par exemple ?

[Calvert]

Comme les axions, par exemple ?

Par exemple, mais au vu du nombre de propositions de modèle "au-delà du modèle standard", ce n'est pas les candidats qui manquent (entre autres, le neutralino, mais je crois me souvenir qu'il y en a d'autres).

[invited529ef30]

les axions, dans le domaine de la physique des particules, il n'y a plus grand monde qui y croit...

À l'heure actuelle, les physiciens du LHC se demandent si la matière noire ne serai pas constituée de particules super-symétriques stables (la LSP= least stable particle) qui pourrait en effet être le neutralino (un boson, super-particule associée au neutrino)

[invite4d7a968b]

les axions, dans le domaine de la physique des particules, il n'y a plus grand monde qui y croit...

À l'heure actuelle, les physiciens du LHC se demandent si la matière noire ne serai pas constituée de particules super-symétriques stables (la LSP= least stable particle) qui pourrait en effet être le neutralino (un boson, super-particule associée au neutrino)

Salut

J'arrive tard mais je voulais préciser deux points sur ce post de mithgaladh.

Il existe encore des études sur les axions et leurs partenaires supersymétriques les axinos comme candidats matière noire. Faut pas être si pessimiste !

Pour les particules supersymétriques, LSP signifie Lightest Supersymmetric Particle ce qui veut dire particule supersymétrique la plus légère. En effet sous certaines conditions (conservation de la R-parité), cette particule est stable et donc un candidat possible pour la matière noire. Il faut aussi qu'elle soit neutre, sans charge électrique ou de couleur, c'est le cas du neutralino et du gravitino.

[invite4d7a968b]

Je continue de rebondir sur les interventions.
Je confirme ce que dit Gloubiscrapule, la matière noire doit être froide sinon on n'arrive pas à obtenir la bonne évolution pour la formation des grandes structures.

Les neutrinos entrent dans le bilan matière noire mais comme leur masse est très petite, leur contribution est vraiment négligeable. Il faut donc trouver un autre candidat (ou plusieurs) pour obtenir la bonne abondance de matière noire.

Je ne suis pas super fan de l'expression "baryons noirs", ça donne l'impression que c'est une autre sorte de particules. Mais comme il a été dit, il s'agit de gaz, de naines brunes qui sont difficile de détecter.
Mais pour les baryons, la nucléosynthèse primordiale décrivant la production des éléments légers (deuterium, helium, lithium) dans l'univers primordial nous donne l'abondance de baryons, donc les baryons ne sont pas vraiment un problème.

Pour le débat matière noire-MOND (ou autre modification de la gravitation), mon opinion personnelle qui n'engage que moi est la suivante. Il est important de garder un esprit ouvert à toutes les possibilités même si son travail ou sa préférence va à une théorie plutôt que l'autre.
Les arguments "moi j'ai jamais cru à la matière noire, c'est moche comme idée, c'est du rafistolage" sont pas très scientifiques et n'apportent rien à la discussion.

Je soulignerai juste quelques points :
- MOND a besoin de neutrinos d'une masse de 2 eV (pas 11 comme j'ai lu) pour reproduire de façon satisfaisante les mouvements des amas de galaxies. Beaucoup de anti-MOND sautent sur cet argument pour dire "voilà, MOND a besoin de matière noire, c'est moche". J'ai envie de dire au contraire que c'est intéressant comme contrainte. Il y a des expériences en cours pour mesurer la masse des neutrinos, il se trouve que 2 eV est la limite supérieure actuelle mais si on arrive à baisser cette valeur, disons d'un facteur 10, est-ce que MOND survit ? J'attends avec impatience des résultats à ce niveau

- il ne faut pas oublier que cosmologie et physique des particules sont intimement liées. On sait que le Modèle Standard de la physique des particules est une théorie effective avec des problèmes et qu'il est nécessaire de chercher une théorie plus fondamentale. Parmi les pistes, supersymétrie, dimensions supplémentaires,... il vient souvent assez naturellement des candidats à la matière noire. En cela, je trouve pas l'hypothèse de la matière noire très artificielle car elle est assez bien motivée par la physique des particules.

Et pour l'argument d'Olorin sur MOND fittant le spectre de puissance du CMB, je t'invite à regarder la figure sur l'article de Sean Carroll (dans la langue de Shakespeare) qui montre bien que MOND ne semble pas réussir si brillamment à ce niveau :
Carroll
La ligne continue donne la prédiction de MOND et les tirets sont pour LambdaCDM. On peut voir qu'aux alentours de l=40, MOND est limite et au niveau du troisième pic c'est la catastrophe.

a+

[Olorin]

Et pour l'argument d'Olorin sur MOND fittant le spectre de puissance du CMB, je t'invite à regarder la figure sur l'article de Sean Carroll (dans la langue de Shakespeare) qui montre bien que MOND ne semble pas réussir si brillamment à ce niveau :
Carroll
La ligne continue donne la prédiction de MOND et les tirets sont pour LambdaCDM. On peut voir qu'aux alentours de l=40, MOND est limite et au niveau du troisième pic c'est la catastrophe.

Si tu avais lu mon post avant de répondre, tu aurais pu apprendre que MOND+neutrino stérile à 11eV donne un fit parfait au CMB. http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/...805.4014v2.pdf
Aucune catastrophe au niveau du troisième pic ! D'où le besoin, même pour MOND, d'une forme de matière noire. Un truc qui m'a fait rigoler: le critère d'élegance de ton ami "Sean" par rapport à TeVes. Oui, en effet, la Terre est une Sphère, pas une ellipsoide de révolution avec tout plein d'aspérités et de relief en surface, c'est trop moche et pas assez élegant pour être vrai. D'ailleurs qui a dit que les trajectoires des planètes était des ellipses ouvertes? Des cercles je vous dits ! L'ellipse c'est trop compliqué, pas beau du tout !

[inviteccac9361]

Bonjour,

je me posais une reflexion concernant cette Matiere Noire, en mettant de coté les baryons noirs pour le coup.
Si je comprend bien, celle-ci n'emmet pas de Photons.

Jusque la, je pense que tout le monde est d'accord.
Mais cette affirmation possede un double sens.
Ce serait donc aussi une matiere qui n'absorbe pas les Photons ?

Ce serait une "matiere" bien etrange.
Comment les constituants de cette matiere echangeraient-ils de l'energie ?
Avons-nous des pistes à ce sujet ? (si ma question a un sens évidement)

[invite4d7a968b]

Si tu avais lu mon post avant de répondre, tu aurais pu apprendre que MOND+neutrino stérile à 11eV donne un fit parfait au CMB. http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/...805.4014v2.pdf
Aucune catastrophe au niveau du troisième pic ! D'où le besoin, même pour MOND, d'une forme de matière noire. Un truc qui m'a fait rigoler: le critère d'élegance de ton ami "Sean" par rapport à TeVes. Oui, en effet, la Terre est une Sphère, pas une ellipsoide de révolution avec tout plein d'aspérités et de relief en surface, c'est trop moche et pas assez élegant pour être vrai. D'ailleurs qui a dit que les trajectoires des planètes était des ellipses ouvertes? Des cercles je vous dits ! L'ellipse c'est trop compliqué, pas beau du tout !

Au temps pour moi, j'avais zappé le "stérile".

Alors un modèle MOND avec des neutrinos stériles (et en grande quantité avec une densité relique de 0.117), j'ai quand même du mal à comprendre qu'on puisse prendre un tel scénario comme une illustration de MOND...
Des gens travaillent sur des modèles de neutrinos stériles qu'ils présentent comme de la matière noire. Alors le scénario d'Angus ou la matière noire, ça doit être une question de point de vue.

Pour le côté, "matière exotique non encore détectée", les neutrinos stériles n'ont pas plus été détecté que les neutralinos (ou autre candidat matière noire), même s'il est vrai que ça commence à remuer du côté des expériences de neutrinos mais c'est quand même loin d'être tranché.

Pour le fit du CMB, tu noteras que LambdaCDM fait un meilleur boulot pour l>1000. Mais j'avoue que je ne connais pas assez bien pour savoir si ça permet de bien discriminer entre des modèles.

[invite80fcb52e]

Si tu avais lu mon post avant de répondre, tu aurais pu apprendre que MOND+neutrino stérile à 11eV donne un fit parfait au CMB. http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/...805.4014v2.pdf

Et comme les neutrinos stériles n'ont pas été détectés et ne sont que des hypothèses ça revient à les mettre dans la case matière noire.

Donc dans un cas on a juste de la matière noire, dans l'autre on a une modification de la gravité + de la matière noire.

L'idée initiale de MOND est bien loin!

[papy-alain]

Autre chose qui me paraît bizarre. La matière noire est là pour expliquer la gravité plus élevée que celle résultant de la seule matière visible au sein des des amas galactiques. Mais si on inclut dans cette matière noire toutes sortes de particules, comme le neutrino, qui se déplacent dans l'espace à des vitesses élevées, la résultante de leur action gravitationnelle est nulle, puisqu'il y en a partout dans l'espace. Pfff, je comprends de moins en moins.

[Deedee81]

Autre chose qui me paraît bizarre. La matière noire est là pour expliquer la gravité plus élevée que celle résultant de la seule matière visible au sein des des amas galactiques. Mais si on inclut dans cette matière noire toutes sortes de particules, comme le neutrino, qui se déplacent dans l'espace à des vitesses élevées, la résultante de leur action gravitationnelle est nulle, puisqu'il y en a partout dans l'espace. Pfff, je comprends de moins en moins.

Il n'y en a pas partout dans l'espace car ils sont attirés par les galaxes et s'y concentrent.

C'est vrai, ils vont extrêmement vite. Mais face à la taille des galaxies, ça ne joue pas beaucoup. Un neutrino, a coté d'une galaxie qui fait 100000 A.L. de long, ma foi, immobile ou a grande vitesse....

Toutefois, la masse des composants joue quand même. Massif et lent on appelle cela la matière noire froide. Léger et rapide on appelle cela la matière noire chaude. Dans ce dernier cas, elle a tendance a se répartir uniformément plutôt que de former des "grumaux" (comme les étoiles pour le gaz ordinaire).

Les cartes de matière noire semblent plutôt favorable à une matière noire chaude (attention à des mots comme "chaud" ou "froid", cela ne correspond pas nécessairement à une température, c'est plutôt une analogie entre leur vitesse et l'énergie cinétique d'agitation thermique. Et même si cela peut vraiment être considéré comme une température, ce n'est pas synonyme de rayonnement car ce n'est pas un corps noir (paradoxal pour de la matière noire ) qui, par définition, absorbe tout rayonnement EM. En fait on devrait plutôt l'appelle la matière invisible ou la matière transparente).

[invited529ef30]

Il n'y en a pas partout dans l'espace car ils sont attirés par les galaxes et s'y concentrent.

À vrai dire, à l'heure actuelle, on pense que la matière (qui a ensuite fait les galaxies) a été attirée dans des poches de matières noires qui se seraient rassemblées avant.

Mais si on inclut dans cette matière noire toutes sortes de particules, comme le neutrino

on sais maintenant que la matière noire n'est pas faite de neutrinos.

[papy-alain]

on sais maintenant que la matière noire n'est pas faite de neutrinos.

Ce n'est pas l'avis de JP Luminet. Dans les 24% de non atomique, il inclut les neutrinos.

[Deedee81]

Salut,

À vrai dire, à l'heure actuelle, on pense que la matière (qui a ensuite fait les galaxies) a été attirée dans des poches de matières noires qui se seraient rassemblées avant.

Oui, pardon. Je ne voulais pas parler d'un lien de cause à effet mais plutôt de l'interaction gravitationnelle entre les deux composantes.

on sais maintenant que la matière noire n'est pas faite de neutrinos.

Au vu de la réponse de papy, je donne mes infos :

J'avais lu le chiffre d'un maximum de 10% de matière noire = neutrinos. Probablement plutôt 1 ou 2%.

Je trouve Luminet generéux. Mais il y a probablement d'autres sources (gaz froids non détectés, machos, etc...) pour un grand maxium de 25 % de la MN. Plus probablement 5 à 10 %

Moralité plus de 90% de la matière noire reste très sombre

Mais neutrino ou pas, ça ne change pas grand choses aux remarques plus haut : si la MN est bien des particules (la partie restant mystérieuse, évidemment-), alors c'est très probablement une mn chaude, du même genre que les neutrinos (des neutralinos, des axions, des crottes de nounours vert, que sais-je).

[inviteefd8627f]

Mais neutrino ou pas, ça ne change pas grand choses aux remarques plus haut : si la MN est bien des particules (la partie restant mystérieuse, évidemment-), alors c'est très probablement une mn chaude, du même genre que les neutrinos (des neutralinos, des axions, des crottes de nounours vert, que sais-je).

Salut,
Peut-on être aussi catégorique? Il semble d'après les simulations que la matière noire s'organise plutôt en halos à la périphérie des galaxies. Ce n'est pas vraiment le signe d'une matière noire chaude. Si on imagine des particules sans autre interactions que la gravité - style quarks sans charge de couleur ni électro-magnétique - comment pourrait-elle se comporter?

[inviteccac9361]

Concernant les Baryons manquants.
Un soupçon de detection en 2005 par Chandra :
http://chandra.harvard.edu/press/05_...ss_020205.html

Et en 2008 (confirmation partielle ?) par l'ESA
http://www.futura-sciences.com/fr/ne...univers_15474/

Le satellite de l’Esa XMM-Newton vient en effet d’observer attentivement en rayons X deux amas, répertoriés dans le fameux catalogue d’Abell sous les numéros 222 et 223 et situés à 2,3 milliards d’années-lumière de la Voie Lactée. Les astronomes ont eu la surprise de détecter une faible émission de rayons X à basse énergie provenant de toute évidence de ponts de gaz chaud diffus connectant les deux amas. Ces structures seraient donc bien formées de matière baryonique ordinaire.

De la matiere baryonique trouvée à l’intérieur de filaments de gaz entre amas de galaxies

[invite80fcb52e]

Ce n'est pas l'avis de JP Luminet. Dans les 24% de non atomique, il inclut les neutrinos.

Les neutrinos c'est une fraction négligeable. Donc les mettre dedans ou pas ça change pas des masses le résultat (24% ou 24%?).
Après faut voir, pour certains la matière noire c'est le truc qu'on connait pas, pour d'autre la matière noire c'est tout ce qui n'est pas baryonique (donc neutrino compris).

alors c'est très probablement une mn chaude, du même genre que les neutrinos (des neutralinos, des axions, des crottes de nounours vert, que sais-je).

Non la matière noire serait froide justement, pas chaude!

Un soupçon de detection en 2005 par Chandra :
http://chandra.harvard.edu/press/05_...ss_020205.html

Et en 2008 (confirmation partielle ?) par l'ESA
http://www.futura-sciences.com/fr/ne...univers_15474/

C'est un peu vieux tout ça... Pendant longtemps on n'en détectait que 10% (la fraction des baryons qui sont dans les galaxies).

Le problème c'est pas de savoir où ils sont, c'est de les détecter. A haut redshift on les voit tous dans la foret lyman alpha, par contre à bas redshift il en manque à peu près la moitié, dont on se doute qu'ils sont dans du gaz tiède et diffus intergalactique. Gaz pas assez chaud et trop diffus pour être facilement détectable!

[papy-alain]

Bon, il y a un petit temps que je n'ai plus dit une grosse connerie, alors je vais oser : serait ce imaginable de penser qu'une partie de l'espace (dans l'environnement des galaxies) serait peuplé d'une grande quantité de petits trous noirs, assez petits pour ne pas être détectés, mais en très grand nombre ?

[papy-alain]

Il n'y en a pas partout dans l'espace car ils sont attirés par les galaxes et s'y concentrent.

C'est vrai, ils vont extrêmement vite. Mais face à la taille des galaxies, ça ne joue pas beaucoup. Un neutrino, a coté d'une galaxie qui fait 100000 A.L. de long, ma foi, immobile ou a grande vitesse....

Ben ça, tu vois, je sais pas trop. La vitesse du neutrino est proche de c. Il ne doit pas être beaucoup plus dévié de sa course qu'un photon. Je crois que si l'on pouvait observer leur trajet dans l'espace, on verrait tout juste l'action d'une lentille gravitationnelle à peine plus accentuée que pour la lumière. Il ne peut donc pas se mettre en orbite autour du centre galactique, il ne fait que passer. Du coup, il ne doit pas y en avoir plus dans une galaxie que dans l'espace, non ?

[inviteccac9361]

Et sur ces baryons, il faut aussi savoir qu'on n'en observe qu'environ la moitié, l'autre moitié étant ce qu'on peut appeler les "baryons noirs". C'est le problème des "baryons manquants"...

Je ne connaissait pas cette histoire de baryons manquant.
La moitié ?!
Excellente information.
Dans ce cas je pencherait pour dire que les Baryons manquants correspondent à la deuxieme moitié de l'Espace physique.
C'est pas tres academique dit comme ça, j'en convient.

Un anti-espace ? La deuxieme moitié d'un "cube" ?
Je viens de trouver quelque-chose qui s'en rapproche :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Espace_anti_de_Sitter
http://fr.wikipedia.org/wiki/Univers_anti_de_Sitter

Dans un univers de de Sitter la distance entre observateurs comobiles croît si vite qu'il n'est pas possible pour un observateur de détecter quoi que ce soit au-delà d'une distance cH − 1 appelée horizon des particules

http://fr.wikipedia.org/wiki/Univers_de_de_Sitter

Peut-être qu'on ne les observe pas à cause de ça ?

[invited529ef30]

je vois que vous avez un peu de mal à comprendre la discussion de JP Luminet sur la composition de l'Univers:

l'Univers est composé à:

• 73% d'une énergie que l'on ne comprend pas et qui accélère sa dilatation: l'énergie Sombre;
• 23% d'une matière qui n'interagit que par la gravité: la matière Sombre
• 4% de matière "classique" que l'on connais bien: bosons et fermions (ce qui compose tout ce qu'on voit)

[invite80fcb52e]

Si j'ai bien saisi, on pourait donc théoriquement observer 4% de cette Matiere Noire, puisqu'il sagit de matiere ordinaire.

Je sais pas ce qu'il a voulu dire, mais on a 72% d'énergie sombre, 4% de matière ordinaire (les baryons) et 24% de matière noire (les WIMPS). Soit 28% de matière en tout!

Les trou noirs, planètes, étoiles sombres font partie de la matière ordinaire.

Et sur ces baryons, il faut aussi savoir qu'on n'en observe qu'environ la moitié, l'autre moitié étant ce qu'on peut appeler les "baryons noirs". C'est le problème des "baryons manquants"...