Matière Noire et expansion de l'univers

[epix38]

Bonjour,

Je m'intéresse depuis mon enfance à l'astrophysique et globalement à toutes les sciences physiques et mathématiques. Malgré tout amateur, je ne comprends pas tout et n'ai probablement pas la connaissance exact des théories et des équations.
Depuis ces derniers temps, je lis les articles sur la matière noire, l'énergie sombre et l'expansion de l'univers... plusieurs questions me taraudent, sûrement liées entre elles :

- J'ai compris que nous avions constaté le déplacement des galaxies lointaines grâce au RedShift de leur lumière... décalage qui devient est d'autant plus important à mesure qu'on observe "loin"... dont on déduit que toutes les galaxies s'éloignent les unes des autres, et de plus qu'elles s'éloignent de d'autant plus vite qu'elles sont "loin" : En fait, c'est l'espace qui se dilate. Mais ne peut-on imaginer que si l'on regarde loin, on regarde en fait dans le passé... et que ce sont les galaxies telles qu'elles étaient il y a 10 milliards d'années qui s'écartaient très vite (dû au BigBang)... et que plus on regarde prêt (plus récemment) cette expansion est ralentie ?

- A-t-on mesuré l'expansion de l'univers dans notre amas local (éloignement des galaxies M31, M32, M33 entre elles) par rapport à d'autres amas ?

- On observe des anomalies dans les vitesses de rotation internes aux galaxies et entre les galaxies elles-mêmes. On a donc "inventé" une matière noire qui aurait une masse (effet gravitationnel) mais qu'on ne peut pas "voir" (avec nos techniques actuelles). Je lis que la matière noire serait en halo autour des galaxies ou autour des amas de galaxies... Mais pourquoi ne serait-elle pas PARTOUT ? y compris à l'intérieur des galaxies, proche des étoiles et de notre soleil, autour des planètes ? ... donc tout serait baigné de matière noire et ses effets gravitationnels devraient pouvoir se faire ressentir partout.

- Pourquoi inventer une matière noire (histoire de l'éther luminifère) pour traiter des phénomènes que l'on constate mais que nous ne pouvons expliquer... revoir la théorie est trop complexe ?

Désolé pour la longueur du post. Merci d'avances pour vos réponses.
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[Deedee81]

Salut,

- J'ai compris que nous avions constaté le déplacement des galaxies lointaines grâce au RedShift de leur lumière... décalage qui devient est d'autant plus important à mesure qu'on observe "loin"... dont on déduit que toutes les galaxies s'éloignent les unes des autres, et de plus qu'elles s'éloignent de d'autant plus vite qu'elles sont "loin" : En fait, c'est l'espace qui se dilate. Mais ne peut-on imaginer que si l'on regarde loin, on regarde en fait dans le passé... et que ce sont les galaxies telles qu'elles étaient il y a 10 milliards d'années qui s'écartaient très vite (dû au BigBang)... et que plus on regarde prêt (plus récemment) cette expansion est ralentie ?

Pour trancher cette question, il faut tenir compte du principe cosmologique. On constate que l'univers est globalement homogène et isotrope à très grande échelle (évidemment pas à l'échelle d'une galaxie).
L'univers est le même partout.
Or dans ce cas, la vitesse d'expansion est forcément proportionnelle à la distance (ce n'est pas très difficile à vérifier).

Ceci dit, elle doit aussi évoluer au cours du temps mais (autant pour les modèles que les observations) cette variation est très progressive. Des écarts notables à la linéarité ne se produisent qu'à des distances considérables (de l'ordre d'une dizaine de milliards d'AL).

- A-t-on mesuré l'expansion de l'univers dans notre amas local (éloignement des galaxies M31, M32, M33 entre elles) par rapport à d'autres amas ?

Au sein d'un amas il n'y a pas d'expansion car les galaxies y sont liées gravitationnellement (si j'ai bien compris ta question ?).
D'ailleurs M31 nous fonce dessus au lieu de s'éloigner.

- On observe des anomalies dans les vitesses de rotation internes aux galaxies et entre les galaxies elles-mêmes. On a donc "inventé" une matière noire qui aurait une masse (effet gravitationnel) mais qu'on ne peut pas "voir" (avec nos techniques actuelles). Je lis que la matière noire serait en halo autour des galaxies ou autour des amas de galaxies... Mais pourquoi ne serait-elle pas PARTOUT ? y compris à l'intérieur des galaxies, proche des étoiles et de notre soleil, autour des planètes ? ... donc tout serait baigné de matière noire et ses effets gravitationnels devraient pouvoir se faire ressentir partout.

Oui, oui, tu as raison. Elle nous baigne en principe. Mais sa distribution homogène, à l'échelle du système solaire, par exemple, fait qu'il est totalement exclu d'en détecter les effets gravitationnels. C'est comme être attiré dans tous les sens : l'effet total est nul.

- Pourquoi inventer une matière noire (histoire de l'éther luminifère) pour traiter des phénomènes que l'on constate mais que nous ne pouvons expliquer... revoir la théorie est trop complexe ?

Mais c'est aussi ce qu'on fait. En fait, comme je dis souvent, matière noire est synonyme de "écart observé". L'écart est même une certitude car il existe de manière concordante dans des phénomènes fort différents, par exemple les lentilles gravitationnelles.

Après, trouver ce qu'est la matière noire, ça c'est autre chose. Et là, tout a été imaginé : univers jumeaux, théorie de la gravité modifiée (MOND), masse des neutrinos, machos (corps compacts : naines brunes, planètes errantes, naines noires, trous noirs), gaz neutre difficile à voir, ou enfin particules exotiques.
A force de chercher on a pu exclure beaucoup de ces idées ou montrer qu'elles étaient totalement insuffisantes. Reste une gravité modifiée qui pourrait parfaitement expliquer une partie de l'effet, et les particules exotiques (on ne peut pas avoir que une théorie modifiée. Les mesures en microlentilles on permis de découvrir que les galaxies naines sont parfois très riches ou très pauvres en matière noire, qu'il y a des ponts de matière noire entre galaxies proches, qu'il y a un décalage des halos de matière noire lors des collisions de galaxies car l'absence d'interaction de la matière noire entraine l'absence de viscosité et donc lors de la collision le halon continue sur sa lancée !!!! Puis revient par attraction gravitationnelle et finit par s'immobiliser par "viscosité dynamique". C'est totalement inexplicable par une théorie modifiée).

Mais ne désespérons pas. On finira bien par comprendre

[Nicophil]

Bonjour,

Des écarts notables à la linéarité ne se produisent qu'à des distances considérables (de l'ordre d'une dizaine de milliards d'AL).

De l'ordre du milliard d'AL plutôt, sinon l'écart n'aurait pas pu être mesuré dès 1998 (un écart vers le haut alors qu'on attendait un écart vers le bas !).

il y a un décalage des halos de matière noire lors des collisions de galaxies car l'absence d'interaction de la matière noire entraine l'absence de viscosité et donc lors de la collision le halon continue sur sa lancée !!!! Puis revient par attraction gravitationnelle et finit par s'immobiliser par "viscosité dynamique". C'est totalement inexplicable par une théorie modifiée.

Mais si, dès 2007 : https://arxiv.org/abs/astro-ph/0702146
En 2016 : https://arxiv.org/abs/1606.09128

Et lis ça aussi : http://backreaction.blogspot.fr/2017...e-against.html

[Bluedeep]

(on ne peut pas avoir que une théorie modifiée. Les mesures en microlentilles on permis de découvrir que les galaxies naines sont parfois très riches ou très pauvres en matière noire, qu'il y a des ponts de matière noire entre galaxies proches, qu'il y a un décalage des halos de matière noire lors des collisions de galaxies car l'absence d'interaction de la matière noire entraine l'absence de viscosité et donc lors de la collision le halon continue sur sa lancée !!!! Puis revient par attraction gravitationnelle et finit par s'immobiliser par "viscosité dynamique". C'est totalement inexplicable par une théorie modifiée).

Merci Deedee !

C'est un des points que je n'avais pas compris : pourquoi les MOND nécessitaient quand même de la matière exotique; là c'est plus clair.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

De l'ordre du milliard d'AL plutôt, sinon l'écart n'aurait pas pu être mesuré dès 1998 (un écart vers le haut alors qu'on attendait un écart vers le bas !).

Tu es sur qu'on a un écart à la linéarité (hors énergie noire !) à 1 milliard d'AL ? Ma question est sérieuse : question chiffres précis je suis rarement au top.

Merci pour les liens, je jetterai un oeil au contenu la semaine prochaine (j'ai juste eut le temps d'aller voir les titres ).

Cette fois je suis vraiment parti. Bye.

[Gilgamesh]

Merci Deedee !

C'est un des points que je n'avais pas compris : pourquoi les MOND nécessitaient quand même de la matière exotique; là c'est plus clair.

Il faut noter aussi l'importance de la matière noire dans la formation des grandes structures. En partant d'un écart originel de 10^-5 pour la matière baryonique au moment du découplage, on ne forme pas de structure dans le temps imparti sans matière noire.

[Mailou75]

Salut,

(...) il y a un décalage des halos de matière noire lors des collisions de galaxies car l'absence d'interaction de la matière noire entraine l'absence de viscosité et donc lors de la collision le halon continue sur sa lancée !!!! Puis revient par attraction gravitationnelle et finit par s'immobiliser par "viscosité dynamique". C'est totalement inexplicable par une théorie modifiée).

Pour ce cas, ne pourrait on pas considerer que c'est l'espace temps lui meme qui a une certaine elasticité ? La deformation due a la masse et le centre de la masse ne sont plus identiques en cas de mouvement. L'elasticité du "ressort" entre les deux centre pouvant etre une forme d'inertie

Merci
Mailou

[quazart]

"Envoyé par Deedee81"
A force de chercher on a pu exclure beaucoup de ces idées ou montrer qu'elles étaient totalement insuffisantes. Reste une gravité modifiée qui pourrait parfaitement expliquer une partie de l'effet, et les particules exotiques (on ne peut pas avoir que une théorie modifiée. Les mesures en microlentilles on permis de découvrir que les galaxies naines sont parfois très riches ou très pauvres en matière noire, qu'il y a des ponts de matière noire entre galaxies proches, qu'il y a un décalage des halos de matière noire lors des collisions de galaxies car l'absence d'interaction de la matière noire entraine l'absence de viscosité et donc lors de la collision le halon continue sur sa lancée !!!! Puis revient par attraction gravitationnelle et finit par s'immobiliser par "viscosité dynamique". C'est totalement inexplicable par une théorie modifiée).



Bonjour,

Nouvel inscrit sur le forum et passionné d'astronomie et de cosmologie, je suis cependant dépourvu de toute formation scientifique, et vais sans doute poser des questions naïves, voire... pires !...
Tant pis, je me lance.

Je comprends bien qu'en cas de collision entre galaxies, la matière noire continue sur sa lancée. Ce que je ne comprends pas par contre est qu'elle puisse revenir...
Faute d'interaction avec la matière ordinaire, ce n'est pas celle-ci qui l'attire (si elle le pouvait, sa masse ne serait pas suffisante), d'où vient alors la force d'attraction qui la stoppe, voire la fait revenir ?
L'attraction ne peut venir que de la matière noire de l'autre galaxie ? Mais je croyais savoir que la matière noire n'interagit pas non plus avec elle-même !

- La matière noire exerce-t-elle ou non une attraction sur elle-même ?
- Si ce n'est pas le cas, comment ce "freinage" s'effectue-t-il ?
- Et plus généralement, si elle n'interagit pas avec elle même, comment la matière noire peut-elle être concentrée en "paquets" ou en filaments plutôt qu'être uniformément répandue dans tout l'espace ?

Ce point a peut-être déjà été explicité, mais je ne sais pas comment faire cette recherche.

Merci d'avance de votre réponse que j'espère pétrie de bienveillante mansuétude ...

[Gilgamesh]

"Envoyé par Deedee81"
A force de chercher on a pu exclure beaucoup de ces idées ou montrer qu'elles étaient totalement insuffisantes. Reste une gravité modifiée qui pourrait parfaitement expliquer une partie de l'effet, et les particules exotiques (on ne peut pas avoir que une théorie modifiée. Les mesures en microlentilles on permis de découvrir que les galaxies naines sont parfois très riches ou très pauvres en matière noire, qu'il y a des ponts de matière noire entre galaxies proches, qu'il y a un décalage des halos de matière noire lors des collisions de galaxies car l'absence d'interaction de la matière noire entraine l'absence de viscosité et donc lors de la collision le halon continue sur sa lancée !!!! Puis revient par attraction gravitationnelle et finit par s'immobiliser par "viscosité dynamique". C'est totalement inexplicable par une théorie modifiée).



Bonjour,

Nouvel inscrit sur le forum et passionné d'astronomie et de cosmologie, je suis cependant dépourvu de toute formation scientifique, et vais sans doute poser des questions naïves, voire... pires !...
Tant pis, je me lance.

Je comprends bien qu'en cas de collision entre galaxies, la matière noire continue sur sa lancée. Ce que je ne comprends pas par contre est qu'elle puisse revenir...
Faute d'interaction avec la matière ordinaire, ce n'est pas celle-ci qui l'attire (si elle le pouvait, sa masse ne serait pas suffisante), d'où vient alors la force d'attraction qui la stoppe, voire la fait revenir ?
L'attraction ne peut venir que de la matière noire de l'autre galaxie ? Mais je croyais savoir que la matière noire n'interagit pas non plus avec elle-même !

- La matière noire exerce-t-elle ou non une attraction sur elle-même ?
- Si ce n'est pas le cas, comment ce "freinage" s'effectue-t-il ?
- Et plus généralement, si elle n'interagit pas avec elle même, comment la matière noire peut-elle être concentrée en "paquets" ou en filaments plutôt qu'être uniformément répandue dans tout l'espace ?

Ce point a peut-être déjà été explicité, mais je ne sais pas comment faire cette recherche.

Merci d'avance de votre réponse que j'espère pétrie de bienveillante mansuétude ...

Bonjour et bienvenue, mets toi à l'aide, tu poses de bonnes questions.

La réponse est assez simple, il s'agit de la gravité.

La matière noire a une masse (c'est l'objet même de l'hypothèse) et en tant que telle, elle exerce une influence gravitationnelle sur la matière normale (dite baryonique : gaz, étoile...) et sur elle même du même coup, ce qui explique qu'elle s'effondre pour former des halos au sein desquels va s'effondrer à son tour la matière baryonique pour former des galaxies.

La question sous-jacente à ton interrogation, c'est pourquoi la matière noire forme des halos étendus sous l'effet de la gravité, tandis que la matière baryonique s'effondre jusqu'à former des astres denses comme des étoiles ou des planètes. La raison de ceci, c'est que pour s'effondrer jusqu'au bout, la matière baryonique dispose d'un processus très efficace pour perdre son énergie gravitationnelle : la lumière. La lumière résulte de chocs inélastiques faisant intervenir l'interaction électromagnétique. Un électron accéléré près d'une particule chargée émet des photons et perd de l'énergie, ce qui le refroidit. Le gaz refroidit a moins de vitesse pour résister à la gravité, il se contracte, sa densité augmente ainsi que la force de gravité en son sein, donc la pression également, ce qui l'échauffe et augmente l'émission de lumière, et ainsi de suite.

La matière noire n'émet pas de lumière. De ce fait son effondrement est limité au viriel. Cela signifie qu'un nuage de matière noire en s'effondrant va en gros diviser son rayon par deux, les particules en tombant dans le puits de gravité vont accélérer et l'énergie cinétique acquise (cad l'augmentation de la température du nuage) va stopper l'effondrement. En l'absence de processus rayonnant, ça s'arrête là.

Quand on dit que la matière interagit pas sur elle même c'est uniquement en rapport avec cette attraction électromagnétique (et ça concerne également l'intéraction forte). Cela s'explique par le fait qu'elle ne porte aucune charge, et qu'elle ne comporte pas non plus de sous-structure chargée, comme le neutron par exemple qui est électriquement neutre mais qui est comporte des quarks qui eux portent une charge électrique et une charge de couleur.

On pense toutefois que les particules de matière noire ont une "saveur" à savoir qu'elles seraient sensibles comme tous les fermions connus à l'interaction faible. On connait un genre de fermions qui n'est sensible qu'à la gravité et à l'interaction faible : les neutrinos. Ce sont des particules très élusives, avec des sections efficaces infimes, et on pense que c'est le cas pour les particules de matière noire. En tout cas, c'est en mesurant ce qui résulte de quelques unes de ces très rares interactions qu'on espère en faire une détection directe.

[quazart]

Bonjour, et merci pour cette réponse claire et détaillée.

La question n'était pas bonne, je m'étais loupé sur ce que recouvre le terme "interaction" dans ce cas précis. Si l'absence d'interaction incluait la gravité, on ne se donnerait pas tant de mal pour comprendre ce qu'est la matière noire...

[epix38]

Merci Deedee pour ta réponse et merci aux autres contributeurs pour leur participation. Je m'endormirai un peu moins bête ce soir... mais avec d'autres interrogations