matiere noire

[mach3]

On peut aussi relire l'un des post précédent de Gilgamesh : http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5595969

m@ch3
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[Gilgamesh]

Ca veut dire quoi virialisé ?

Comme indiqué par mach3, je l'explique sur ce fil même, post #17. Sinon je ne me serais pas permis.

Alors comment placeriez vous concretement la matiere noire pour qu'elle puisse faire en sorte que les astres tournent autour du centre à la meme vitesse quelle que soit leur distance par rapport au centre ?
Si vous la placez en halo, ça n'a d'effet que juste sur les astres peripheriques et pas ceux intermediaire entre la peripherie et proche du centre, selon la theorie exposée par Deedee.

Ne pas oublier que la répartition de la matière lumineuse se fait selon un disque, tandis que la matière noire à une distribution quasi-sphérique. Or le théorème de Gauss dont il était question plus haut dit que le potentiel de gravité qui s'exerce sur la particule-test dépend de l'ensemble de la matière distribuée dans la sphère de même rayon que l'orbite. Plus on s'éloigne du centre, cad que R augmente, plus le ratio masse noire (proportionnelle au volume de la sphère, en R³) / masse lumineuse (proportionnelle au volume du disque, en R²) devient important.

L’aplatissement de la courbe de vitesses est de plus en plus patent quand on se rapproche de la périphérie. Les courbes de vitesse sont obtenues par mesures radioastronomiques, dans la raie de l'hydrogène neutre à 21 cm. Ce qu'on mesure loin du centre, c'est la vitesse des nuages d'hydrogène invisibles en optique et qui s'étendent bien au delà de la fraction lumineuse de la galaxie.

Le profil standard de densité du halo utilisé est celui de Navarro, Frenk & White (1996) ou NFW profile, comme précisé au post #13. C'est le plus courant, mais il y en a d'autres. C'est encore une question scientifiquement ouverte. Et une des raisons au fait que la question est encore ouverte est justement que l'effet de la matière noire au sein de la zone lumineuse est largement minoritaire par rapport à la distribution de la matière baryonique (étoiles et gaz), elle même imparfaitement connue.

[bongo1981]

Alors comment placeriez vous concretement la matiere noire pour qu'elle puisse faire en sorte que les astres tournent autour du centre à la meme vitesse quelle que soit leur distance par rapport au centre ?

En complément du poste de Gilga :
Es-tu d'accord que la vitesse orbitale est donnée par l'équation suivante :

Pour que v soit constante quand r augmente, il faut que M augmente linéairement avec r.
Vu que l'on considère une distribution sphérique, la masse est donnée par :


Pour que la masse augmente linéairement avec la distance, il suffit que la densité soit en 1/r² i.e. que la densité diminue avec le carré de la distance.

[tierri]

Ne pas oublier que la répartition de la matière lumineuse se fait selon un disque, tandis que la matière noire à une distribution quasi-sphérique. Or le théorème de Gauss dont il était question plus haut dit que le potentiel de gravité qui s'exerce sur la particule-test dépend de l'ensemble de la matière distribuée dans la sphère de même rayon que l'orbite. Plus on s'éloigne du centre, cad que R augmente, plus le ratio masse noire (proportionnelle au volume de la sphère, en R³) / masse lumineuse (proportionnelle au volume du disque, en R²) devient important.

Là je coince un peu, j'aime pas cette présentation R³ pour la matière noire et R² pour la matière lumineuse, sphère et disque, je vois deux sphères plus ou moins aplaties, leurs sensibilités à la gravitation sont différentes mais gérées par les mêmes lois.

[Deedee81]

Salut,

Là je coince un peu, j'aime pas cette présentation R³ pour la matière noire et R² pour la matière lumineuse, sphère et disque, je vois deux sphères plus ou moins aplaties, leurs sensibilités à la gravitation sont différentes mais gérées par les mêmes lois.

On n'y peut rien, c'est ce qui est observé. Faut faire avec. Ce n'est pas une question de goût.

Note que la matière aussi peut former une sphère. Avec les mêmes lois. C'est les amas globulaires.

[papy-alain]

Note que la matière aussi peut former une sphère. Avec les mêmes lois. C'est les amas globulaires.

Oui et, justement, ces amas globulaires sont une énigme si on tente d'y appliquer les lois de la gravitation avec la matière noire. L'observation de la dispersion des vitesses en leur sein ne peut s'expliquer que par MOND. Curieux, non ?

[Deedee81]

Salut,

Oui et, justement, ces amas globulaires sont une énigme si on tente d'y appliquer les lois de la gravitation avec la matière noire. L'observation de la dispersion des vitesses en leur sein ne peut s'expliquer que par MOND. Curieux, non ?

Jamais lu ça. Tu aurais une référence ?

[bongo1981]

Là je coince un peu, j'aime pas cette présentation R³ pour la matière noire et R² pour la matière lumineuse, sphère et disque, je vois deux sphères plus ou moins aplaties, leurs sensibilités à la gravitation sont différentes mais gérées par les mêmes lois.

Il faut se poser la question, pourquoi lorsqu’un nuage de matière lorsqu’il commence à s’effondrer se met à tourner comme un disque et non comme une sphère ?
En fait un nuage a toujours un mini moment cinétique. Ceci veut dire que si une particule tourne dans le même sens et plan que le nuage, il a peu de chance d’entrer en collision avec une congénère, puisque la plupart tourne dans le même sens.
Alors que pour une particule tournant dans un autre plan a toutes les chances de rencontrer une autre particule tournant en sens opposé.
La résultante est que toutes les orbites en dehors de ce plan s’éliminent petit à petit, et le nuage commence à s’aplatir comme un disque.

Bon alors, pourquoi la matière noire reste dans un halo plus ou moins sphérique ?
Et bien… pour se rentrer dedans, il faut interagir avec ses congénères, via l’interaction électromagnétique par exemple. Or la matière noire interagit (outre par la gravitation) par l’interaction faible, donc elle fait comme les neutrinos, elles se traversent sans se voir (elle doit se voir un tout petit peu, parce que l’interaction n’est pas nulle, en termes techniques, la section efficace est faible mais non nulle). C’est pourquoi elle reste sous la forme d’un halo sphérique.

Je le répète, l’hypothèse de la matière noire ne tient que si elle interagit très très faiblement aussi bien avec la matière qu’avec elle-même.

[tierri]

Il faut se poser la question, pourquoi lorsqu’un nuage de matière lorsqu’il commence à s’effondrer se met à tourner comme un disque et non comme une sphère ?
En fait un nuage a toujours un mini moment cinétique. Ceci veut dire que si une particule tourne dans le même sens et plan que le nuage, il a peu de chance d’entrer en collision avec une congénère, puisque la plupart tourne dans le même sens.
Alors que pour une particule tournant dans un autre plan a toutes les chances de rencontrer une autre particule tournant en sens opposé.
La résultante est que toutes les orbites en dehors de ce plan s’éliminent petit à petit, et le nuage commence à s’aplatir comme un disque.

Bon alors, pourquoi la matière noire reste dans un halo plus ou moins sphérique ?
Et bien… pour se rentrer dedans, il faut interagir avec ses congénères, via l’interaction électromagnétique par exemple. Or la matière noire interagit (outre par la gravitation) par l’interaction faible, donc elle fait comme les neutrinos, elles se traversent sans se voir (elle doit se voir un tout petit peu, parce que l’interaction n’est pas nulle, en termes techniques, la section efficace est faible mais non nulle). C’est pourquoi elle reste sous la forme d’un halo sphérique.

Je le répète, l’hypothèse de la matière noire ne tient que si elle interagit très très faiblement aussi bien avec la matière qu’avec elle-même.

L'argument me parait insuffisant bongo.
La force gravitationnelle suffit à affaisser le disque de matière noire et provoquer sa rotation, l'univers a des milliards d'années pour faire les choses et le disque de matière lumineuse ne peut qu'entrainer celui de matière noire, au final on a juste un disque de matière noire plus épais que celui de matière lumineuse et tournoyant probablement moins vite, sa répartition géographique suit celle de la matière lumineuse, ce qui ne permet absolument pas d'expliquer les observations.

[Deedee81]

L'argument me parait insuffisant bongo.
La force gravitationnelle suffit à affaisser le disque de matière noire et provoquer sa rotation,

Non, au contraire, c'est suffisant.

Chaque particule n'interagissant pas avec ses congénères, c'est comme si tu avais une myriade de disques tous orientés différemment. Et ça, c'est une sphère.

Tu as un exemple archi connu qui prouve que tu te trompes : les amas globulaires, qui sont sphériques (d'où leur nom !).
Ils sont très pauvres en gaz, ce qui fait que chaque étoile tourne pratiquement indépendamment les une des autres. Et la forme est donc une sphère.

l'univers a des milliards d'années pour faire les choses et le disque de matière lumineuse ne peut qu'entrainer celui de matière noire
[...]

Non, pour ça il faudrait une interaction non gravitationnelle. Comme pour les amas globulaires. Les galaxies spirales, étant riches en gaz, ont des interactions de nature non gravitationnelle. Et donc, toute matière (non noire) est entrainée et aplatie. La même chose que pour l'effondrement d'un nuage et les formations stellaires.

[Gilgamesh]

L'argument me parait insuffisant bongo.
La force gravitationnelle suffit à affaisser le disque de matière noire et provoquer sa rotation, l'univers a des milliards d'années pour faire les choses et le disque de matière lumineuse ne peut qu'entrainer celui de matière noire, au final on a juste un disque de matière noire plus épais que celui de matière lumineuse et tournoyant probablement moins vite, sa répartition géographique suit celle de la matière lumineuse, ce qui ne permet absolument pas d'expliquer les observations.

Cela dépend entièrement des processus dissipatifs donc de la viscosité, qui dépend elle même de la section efficace d'interaction de la matière noire.

Pas de viscosité, pas de dissipation d'énergie. Pas de dissipation, pas d'aplatissement. Pas d'aplatissement... pas d'aplatissement.

Avec des sections efficaces du même ordre que celle des neutrinos, propre à l’interaction faible, on peut considérer que la matière noire n'est pas collisionnelle sur des durées cosmologiques.

edit: croisement avec DD

[tierri]

Considérons une sphère homogène de matière noire immobile et plaçons-y un disque de matière lumineuse en rotation, comment réagit la matière noire du fait des forces gravitationnelles ?

pour répondre à cela on a :

1) La matière noire est sensible à la gravitation.

2) Sa répartition n'est pas homogène.

3) Elle s'effondre.

Le disque de matière provoque un effondrement et la sphère de matière noire n'est plus ni homogène ni même sphérique assez rapidement et le mouvement du disque va entrainer celui de la matière noire de la même manière, même en ne considérant que des forces gravitationnelles faibles.

Ensuite vous pouvez vous amuser à donner à la matière noire les mouvements que vous voulez, le bilan respectera cette vérité élémentaire.

[papy-alain]

Salut,



Jamais lu ça. Tu aurais une référence ?

Je parlais des petites galaxies qui ont une forme sphérique plutôt qu'aplatie, et qui sont en général des satellites de galaxies plus importantes.

[Gilgamesh]

Considérons une sphère homogène de matière noire immobile et plaçons-y un disque de matière lumineuse en rotation, comment réagit la matière noire du fait des forces gravitationnelles ?

pour répondre à cela on a :


Le disque de matière provoque un effondrement et la sphère de matière noire n'est plus ni homogène ni même sphérique assez rapidement et le mouvement du disque va entrainer celui de la matière noire de la même manière, même en ne considérant que des forces gravitationnelles faibles.

Ensuite vous pouvez vous amuser à donner à la matière noire les mouvements que vous voulez, le bilan respectera cette vérité élémentaire.

Non, ton intuition physique est déficiente, tu ne prend pas en compte deux piliers de la mécanique : la conservation de l'énergie et celle du moment de rotation.

L'effondrement sera limité au viriel : c'est une autre façon de dire que la matière noire conserve son énergie. C'est exactement la même raison qui fait que les planètes du système solaire ne finissent pas sur le Soleil.

La rotation de la fraction baryonique lumineuse n’entraînera pas celle de la matière noire : la matière noire conserve son moment de rotation.

[pm42]

Je parlais des petites galaxies qui ont une forme sphérique plutôt qu'aplatie, et qui sont en général des satellites de galaxies plus importantes.

Une référence sur le fait que cela ne s'explique qu'avec MOND ?

[mike.p]

Je parlais des petites galaxies qui ont une forme sphérique plutôt qu'aplatie, et qui sont en général des satellites de galaxies plus importantes.

comme ici dans les news de FS ?
Les galaxies naines désobéissent-elles à la loi de la gravitation ?

[papy-alain]

Une référence sur le fait que cela ne s'explique qu'avec MOND ?

Bonjour.

Par exemple, ici : ww.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/astronomie-galaxies-naines-andromede-defient-matiere-noire-48706/

[pm42]

Par exemple, ici : ww.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/actu/d/astronomie-galaxies-naines-andromede-defient-matiere-noire-48706/

C'est le même lien que celui donné juste au dessus par mike.p. C'est intéressant mais tout sauf concluant.

[papy-alain]

C'est le même lien que celui donné juste au dessus par mike.p. C'est intéressant mais tout sauf concluant.

Non, ce n'est pas le même lien. Celui de mike .p renvoie à un article datant de 2009, celui que je cite date de 2013. En cherchant un peu, il existe de très nombreux articles sur le sujet.
Il est clair que la matière noire, à elle seule, n'explique pas tout. De même que MOND est par ailleurs incompatible avec les observations de Planck. Chacune de ces deux théories a ses partisans et ses détracteurs, mais il semble évident qu'on n'a pas encore tout compris dans ce domaine.

[mach3]

Non, ce n'est pas le même, celui de mike.p traite des galaxies naines orbitant autour de la voie lactée, et date de 2009, celui de papy traite de celles de M31 et date de 2013. Je reposte le lien d'ailleurs car il est incorrect : http://www.futura-sciences.com/magaz...e-noire-48706/ (si quelqu'un peut le corriger dans le post de papy et effacer cette phrase, il est le bienvenu).

Rien de très concluant, mais cela questionne tout de même. On est encore loin de la résolution de ce problème.

m@ch3

PS : mince, doublé...

[pm42]

En effet. Au temps pour moi.

[Nicophil]

Bonjour,

C'est intéressant mais tout sauf concluant.

L'hypothèse de la matière noire exotique ? En effet.

[mmanu_F]

salut,

pour ceux qui ne l'auraient pas encore lu : l'article détaillé (en français!) de Blanchet et Famaey qui fait suite à un article dans "la recherche" en janvier et à leurs travaux sur un modèle "hybride", sans préjugés, MOND / matière noire (dipolaire), ainsi que les extensions relativistes tentant de modifier la gravitation à grande échelle de la manière la plus cohérente possible (graviton massif, bimétrique) et l'énergie noire.

il y a une grosse intro sur les différentes approches et un retour sur les aspects historique.

très complet, très didactique, à diffuser sans modération.

[pm42]

très complet, très didactique, à diffuser sans modération.

En effet. Merci pour le lien.

[Gilgamesh]

J'approuve, lecture fortement recommandée à tous

[Nicophil]

J'approuve, lecture fortement recommandée à tous

3 Problemes théoriques et observationnels dans le modèle standard

Cependant, le vrai problème est qu’on cherche ces particules de
matière noire depuis des années, et qu’on n’en a toujours pas détectées, malgré de nombreuses
fausses alertes.

L’espace de paramètres des extensions naturelles
du modèle standard de physique des particules se réduit donc de jour en jour, et l’absence persistante
de détection de la matière noire engendrerait sur le long terme une crise profonde du
domaine.

Ah ! ces fausses alertes, le forum Actualités en est encombré, j'imagine que Laurent Sacco commence à en avoir marre à force !

C'est combien de temps le long terme ? J'aurais écrit "a engendré"... Mais, bon :

La matière noire froide fait quand même consensus aujourd'hui.

[Nicophil]

Dans sa formulation geometrique, la relativite generale est interpretee comme resultant
d’une deformation de l’espace-temps, mais on peut aussi voir la force gravitationnelle comme
etant associee a l’echange d’une particule, le graviton.

Mais la RG n'est pas autre chose que l'interprétation chrono-géométrique de la gravitation ! Il faut donc lire :
Selon la RG, l'interaction gravifique est interpretee comme resultant
d’une deformation de l’espace-temps. Mais on peut aussi voir la force gravitationnelle comme
etant associee a l’echange d’une particule, le graviton.

Et en effet, "as it is well known", RG et graviton sont fondamentalement incompatibles.

[mike.p]

il n'est pas question de solution mais de problème !

Ceci dit, on pourrait remettre en cause les méthodes d'évaluation des masses et des distances. Il y a bien des cas où c'est très très crédible mais d'autres où les résultats sont simplement extrapolés avec des lois empiriques parfois étonnantes.

[pm42]

J'aurais écrit "a engendré"... Mais, bon :

Ecrit un article et publie le. Ce sera très intéressant de lire tes critiques détaillées.

[Gilgamesh]

C'est combien de temps le long terme ? J'aurais écrit "a engendré"... Mais, bon :

A la base j'ai du mal à comprendre l'ironie relativement pesante que j'entend souvent au sujet de cette théorie. On sait depuis qu'on a prédit et découvert les neutrinos qu'une particule peut être à la fois très abondante et quasi indétectable. Le problème ici est d'avoir affaire à une particule élusive massive donc difficile à produire en accélérateur, mais de faible énergie cinétique, donc difficile à détecter dans le flux naturel. Cela ne la rend pas improbable pour autant.

Donc à mon sens l'absence de détection actuelle n'est pas étonnante en soi. La crise survient quand une détection devrait être faite, et ne l'est pas, bien qu'on ait couvert largement le domaine de détection. Si après avoir passé le filet dans tout l'étang on est toujours bredouille, on peut en effet se poser de sérieuses questions quand à l'existence de poissons dans cet étang. C'est par exemple ce qui s'est produit pour la théorie SU(5) qui avait quelque chose d'évident au plan théorique et devait entraîner l'observation de la désintégration du proton avec une demi vie de l'ordre de 10³⁰ ans. Mais pour la matière noire froide, ça me semble prématuré de remballer le matériel.