Signaux des premières étoiles

[viiksu]

A l'aide d'un petit radiotélescope des Australiens auraient détecte des signaux dus aux premières géantes bleues de l'univers soit il y a 13.6 Md d'années. Cette découverte fait le buzz mais je vous recommande les versions anglaises. Il semblerait que ces signatures indiquent un univers (essentiellement de l'hydrogène) beaucoup plus froid que prévu (3K). Selon une interprétation cela indiquerait des échanges importants avec la potentielle matière noire qui serait plutôt légère invalidant par là les Wimp?
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[Olorin]

J'ai téléchargé l'article ici https://sci-hub.tw/10.1038/nature25791. Pas terminé de tout analyser, mais en gros on observe des raies d'absorption 2 fois plus fortes que supposées, et l'auteur en conclut que cela est du à la présence d'un gaz plus froid que prévu n'ayant pu se refroidir qu'au contact de quelque chose de plus froid ne pouvant être que la matière noire ( froide!). Si les suppositions de l'article sont avérées, a savoir particules de matière noire de masse inférieure à 4.3 GeV, alors ont pourrait carrément dire que l'hypothèse matière noire froide est purement et simplement falsifiée, non? Pour rappel on atteint 14 TeV dans le centre de masse au LHC, si ces particules existaient, on en aurait déjà produit de copieuse quantité non?....Ce qui est paradoxal car la conclusion de l'article semble au contraire favoriser l'existence de matière noire à la lueur de la présente étude....
Je cite: "Because the presence of dark matter has historically been inferred from the general theory of relativity on galactic and cosmological scales, confirmation of the existence of dark matter would constitute not only a discovery of physics beyond the standard model, but also verification of this theory"...Bizarre bizarre....ça me parait très bancal comme étude, et contradictoire....Il y aurait d'ailleurs beaucoup de chose a dire quand a l'hypothèse de refroidissement collisionel considérée dans l'étude, celle-ci l'emporterait sur le réchauffement dynamique lié a la présence de masse supplémentaire (par Viriel)? La physique du 21ème siècle, est devenue une jolie pagaille, I'm lost !

[Oroche]

Je n'ai pas eu le temps de lire l'article, je suis tombé sur le sujet dans la presse généraliste, on parle bien d'observation d'étoiles de population lll ?

[viiksu]

Je n'ai pas eu le temps de lire l'article, je suis tombé sur le sujet dans la presse généraliste, on parle bien d'observation d'étoiles de population lll ?

Je ne connais pas le classement en population il s'agirait des premières étoiles après la période sombre qui ont influencé le gaz environnant dont on détecte les effets aujourd'hui dans la bande 78 MHz.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Olorin]

Bon, je crois qu'il faut quand même admettre en toute honnêteté que l'actualité scientifique fait décidément très, très mal au modèle de matière noire froide CDM. On a eut pas moins de 3 articles scientifiques dont les données sont irréconciliables avec le modèle physique CDM dominant:
- L'article de Barkana dont il est question ici est qui place la borne supérieure à la masse des particule de matière noire froide a 4-5 GeV ( donc incompatible avec l'existence de matière noire froide exotique de type wimps issue des théories de supersymétries).
- La découverte des mouvements de rotation cohérente et anisotrope des galaxies satellites de Centaure A (http://sciencepost.fr/2018/02/decouv...cosmologiques/), incompatibles avec les simulations de formation et
de dynamique des grandes structures qui prédisent des mouvements isotrope et aléatoire pour ces galaxies satellites ( cette galaxie est seulement la 3ème étudiée après la voie lactée et Andromède et les 3 présentent les mêmes caractéristiques, amenant le score de prédiction de CDM à un nullissime 0/3) .
- Enfin cet article https://arxiv.org/abs/1803.00022 qui étudie les courbes de relation d’accélérations radiales (RAR) de plusieurs galaxie et qui donne des résultats strictement compatibles avec le contenu baryonique et donc MOND, mais en fort désaccord avec l'hypothèse de matière noire froide.

J'attends avec impatience la cérémonie funéraire officielle de LCDM, car après la période de deuil, la vie scientifique continuera de plus belle et je ne doute pas que les alternatives survivantes s'imposeront bien assez rapidement à la communauté scientifique. Il ne faudra pas pleurer trop longtemps, l'erreur c'est la science!

[viiksu]

J'ai bien compris que tu detestais CDM personnellement je ne fais pas une fixette dessus dis moi seulement
pourquoi ce modèle est devenu le plus en vogue.

[viiksu]

Quant à MOND je crois savoir qu'elle n'est pas si propre notamment une question de barycentre qu'il faudrait que je retrouve.

[Gilgamesh]

Concernant le contexte général de la cosmologie à 21 cm, je reposte un petit topo.

A la base on a une plasma (= un gaz ionisé) qui refroidit jusqu'à devenir atomique donc transparent au rayonnement => émission du rayonnement de fond cosmologique (CMB). L'univers est rempli de gaz, sans étoile => âge sombre. Puis arrivent les étoiles qui émettent des UV en masse et le gaz cosmique absorbant ce rayonnement se ionise à nouveau (=> réionisation).

On sait que la réionisation est achevée à z=6 (1 Gy), cela se mesure dans le spectre des quasars, et on pense qu'elle débute vers z=20 (150 My) avec de grosses incertitudes. On mesure également sur le CMB la profondeur optique de la diffusion Thomson (la diffusion d'un photon de faible énergie sur les électrons libres au repos libéré par la réionisation) τ =0.087 ± 0.017. Cela permet de mettre une contrainte supplémentaire sur l'époque où ça a débuté.

Dans le graphique ci dessous, la courbe du bas représente la température de brillance Tb de la raie à 21 cm.

La raie correspond à une énergie de transition dite hyperfine, car elle concerne le même état 1S d'hydrogène neutre entre deux sous-états, l'un où les moments magnétiques de l'électron et du proton sont parallèles (état haut) et l'autre où ils sont antiparallèles (état bas). Le différentiel d'énergie entre les deux sous-état est minuscule ∆E = 5.9 × 10⁻⁶ eV, ce qui correspond à une radiation à λ=21.1 cm, ν=1420 MHz et à une température de rayonnement T* = 0.068 K.

On définit une température de spin Ts comme représentant l’état démographique des populations atomiques entre l'état haut et bas.

n1/n0 ~ exp(−T*/Ts)

n1 population 'en haut' (spins parallèles) et n0 population 'en bas' (spins antiparallèles)

Ce qui permet fondamentalement la détection du signal de 21 cm dépend de cette température de spin. Si cette température s'écarte de la température de fond (celle des photons du CMB) Tγ, un signal sera observable. Si Ts=Tγ alors Tb=0, pas de signal. Si Tγ>Ts alors Tb<0 ce qui correspond à un signal en absorption, si Tγ<Ts alors Tb>0 et on a un signal en émission.

On a également besoin de définir T, la température du gaz.

La séquence d'événements est complexe, elle dépend du ratio de ces trois températures, et ce qui suit est largement simplifié.

[Bien sur, on utilise les paramètres du modèle ΛCDM : Ω_m = 0.26, Ω_Λ = 0.74, Ω_b = 0.044, h=0.74. Pour modéliser la structuration de l'univers durant cette période, on considère que le spectre des fluctuations dans la répartition de matière aujourd'hui est σ = 0.8 à 8h^-1 Mpc.]


1100>z>200 : le milieu est encore chaud et dense, avec des électrons libres résiduels qui mettent le milieu a l'équilibre thermique avec le CMB ; du fait de la densité on est encore en régime collisionnel, la température de spin est alignée sur la température du milieu T, elle-même alignée sur la température du rayonnement (CMB). Ts=T=Tγ, donc Tb=0, pas de signal.

200>z>40 : le gaz refroidit adiabatiquement T ~ 1/(1+z)² et devient plus froid que le rayonnement de fond. Il y a encore assez de collision pour que Ts=T. Donc Tb<0 et on a un premier signal à 21 cm en absorption c'est la partie en bleu foncé sur le graphique du haut.

40>z>z* (on note z* le redshift où se forment les premières étoiles) : durant cet âge "le plus sombre de l'âge sombre", la densité a encore décru, les collisions ne sont pas assez nombreuses pour coupler Ts et T. Donc Ts se couple maintenant à la température de rayonnement. À nouveau Tb=0, pas de signal. C'est la partie noire entre les deux parties bleues.

z*>z>zα (on note zα le redshift où le rayonnement UV dit Lyman α des jeunes étoiles sature le milieu) : les premières sources stellaires sont apparu et déversent un flot UV (photon Lyα) et X. Cette source de chaleur réchauffe le gaz (heating begin) et réactive les processus de collisions. Ts se couple à nouveau à T et on s'attend à ce que la température du milieu reste inférieure à la température des photons. Ts ~ T < Tγ, donc Tb<0 et on a un signal en absorption. C'est la partie bleu clair dans le schéma du haut.

zα>z>zh (on note zh le redshift où le chauffage du milieu atteind la température du CMB) : le chauffage devient important et les fluctuations de la température du gaz engendrent des fluctuations de Tb. Là où T reste en dessous de Tγ, nous avons un signal en absorption, là où T dépasse Tγ, on commence à voir des régions en émission. Là où les températures s'égalisent, Ts=T=Tγ, Tb=0, pas de signal C'est la partie où les parties bleu et rouge se mélangent sur le fond noir dans le schéma.

zh>z>zT (on note zT le redshift où l'émission de la raie à 21 cm arrive à saturation) : dès lors la température du milieu dépasse celle du CMB. Ts ~ T >> Tγ donc Tb>0 et on a un signal en émission de plus en plus puissant, jusqu'à arriver à saturation. Car en même temps, ce flux UV-X ionise le gaz. La population des atomes neutres commence à disparaitre, et avec elle, le signal à 21 cm.

zT>z>zr (on note zr le redshift où s'acheve la réionisation) : la température est suffisemment importante pour assurer partout Ts=T,tandis que l'hydrogène ionisé prend le pas sur l'hydrogène neutre. L'émission à 21 cm est remplacé par l'émission de régions HII.

zr>z : la réionisation achevée, seule subsiste la raie a 21 cm des regions denses, qui en refroidissant redeviennent atomiques.

source : ce remarquable article de synthèse, dont je conseille bien sûr la lecture 21-cm cosmology in the 21st Century

[Gilgamesh]

Et ci-dessous, la coupe temporelle du cosmos qui synthétise ce qui précède.

[viiksu]

C

z*>z>zα (on note zα le redshift où le rayonnement UV dit Lyman α des jeunes étoiles sature le milieu) : les premières sources stellaires sont apparu et déversent un flot UV (photon Lyα) et X. Cette source de chaleur réchauffe le gaz (heating begin) et réactive les processus de collisions. Ts se couple à nouveau à T et on s'attend à ce que la température du milieu reste inférieure à la température des photons. Ts ~ T < Tγ, donc Tb<0 et on a un signal en absorption. C'est la partie bleu clair dans le schéma du haut.

Merci Gilga pour toutes ces infos, si j'ai bien compris il s'agit de cette séquence citée qui ne correspondrait pas au modèle, c'est à dire dont a mesuré une raie de trop forte absorption?

[Olorin]

J'ai bien compris que tu detestais CDM personnellement je ne fais pas une fixette dessus dis moi seulement
pourquoi ce modèle est devenu le plus en vogue.

Je ne "deteste" aucune théorie, je suis simplement l'actualité scientifique et cette dernière remet complètement en question le modèle CDM.

[Olorin]

Quant à MOND je crois savoir qu'elle n'est pas si propre notamment une question de barycentre qu'il faudrait que je retrouve.

Tu ne lis pas mes posts. L'amas du Boulet que tu réfères pose plus de problème à CDM qu'a MOND. Je l'avais pourtant bien notifié dans un de mes précédents posts liens à l'appui...

[Olorin]

Merci Gilga pour toutes ces infos, si j'ai bien compris il s'agit de cette séquence citée qui ne correspondrait pas au modèle, c'est à dire dont a mesuré une raie de trop forte absorption?

Cela ne remet pas en question les résultats dudit refroidissement compatible avec des particules de 4-5 GeV...comment ce résultat peut-il être compatible avec la non découverte de particules exotiques au LHC alors que ce dernier atteint 14 TeV? Les wimps et partenaires supersymétriques sont donc définitivement exclus, non?

[Gilgamesh]

Olorin le jour où l'hypothèse des Wimps ou de la CDM sera abandonnée, vous serez mis au courant.
En attendant, merci d'arrêter de spamer le forum avec cette obsession. Aucun intervenant sur le forum n'a d'autorité pour valider ou infirmer les modèles en vigueur.

Futura a pour vocation d'expliquer la science telle qu'elle se pratique, pas de la remettre en cause.

[viiksu]

Ben du coup je n'ai pas ma réponse?

[Olorin]

Futura a pour vocation d'expliquer la science telle qu'elle se pratique, pas de la remettre en cause.

Donc les 3 articles postés dans des revues a comité de lecture que je signale ne concernerait pas la science telle qu'elle se pratique? Qui remet en cause le contenu de ces articles de spécialistes jetant un voile sur la validité de CDM avec wimps? C'est
vous, moi, ou bien plus simplement les auteurs de ces articles? ####################

[Olorin]

Olorin le jour où l'hypothèse des Wimps ou de la CDM sera abandonnée, vous serez mis au courant.

Gilgamesh, pouvez vous m'expliquez comment des particules de matière noire ne pouvant dépasser 4-5 GeV d'après l'étude de Barkana discutée ici seraient compatible avec des wimps et leur non détection à des énergies de 14 TeV? Les scientifiques
viennent de nous mettre en courant, comment pouvez vous continuer à l'ignorer? Connaissez vous les règles élémentaires de la logique? Et l'étude de Barkana n'est pas la seule étude compromettante pour l'hypothèse CDM avec wimps, il y celle
concernant Centaure A et celle concernant les RAR. Comment ces études peuvent-elles maintenir le scénario de CDM avec Wimps viable? Telle est la question, non?

[Olorin]

Aucun intervenant sur le forum n'a d'autorité pour valider ou infirmer les modèles en vigueur.

On est bien d'accord, et les scientifiques publiant dans des revues à comité de lecture, ils ont le droit eux? Parceque c'est bien de cela dont il est question ici, l'impact de LEURS résultats sur les modèles en vigueur.

[Olorin]

Ben du coup je n'ai pas ma réponse?

Bah du coup moi non plus...

[mh34]

On est bien d'accord, et les scientifiques publiant dans des revues à comité de lecture, ils ont le droit eux? Parceque c'est bien de cela dont il est question ici, l'impact de LEURS résultats sur les modèles en vigueur.

Pensez-vous avoir les compétences nécessaires pour discuter de ces résultats de façon pertinente?

[pascelus]

Gilgamesh, pouvez vous m'expliquez comment des particules de matière noire ne pouvant dépasser 4-5 GeV d'après l'étude de Barkana discutée ici seraient compatible avec des wimps et leur non détection à des énergies de 14 TeV? Les scientifiques
viennent de nous mettre en courant, comment pouvez vous continuer à l'ignorer? Connaissez vous les règles élémentaires de la logique? Et l'étude de Barkana n'est pas la seule étude compromettante pour l'hypothèse CDM avec wimps, il y celle
concernant Centaure A et celle concernant les RAR. Comment ces études peuvent-elles maintenir le scénario de CDM avec Wimps viable? Telle est la question, non?

Dommage d'utiliser ce ton aussi polémique et passionnel!

Vos remarques sont en bonne part justifiées et je suis sur que bien des astrophysiciens se grattent le crane en ce moment même, mais il est heureux qu'une théorie ne falsifie pas la précédente sur quelques observations troublantes.
Les WIMPS ont perdu quelques crédibilités, certes, mais le CMD a encore beaucoup d'aspects qui cadrent très bien avec les observations tel que nous l'a expliqué Gilgamesh, meme sans WIMPS. La science ne fonctionne pas à grands coups de balais, mais avec prudence, heureusement!

Deedee a souvent résumé la situation au sujet de la matière noire: il y a peu de chances pour qu'il y ait UNE SEULE inconnue qui explique tout, vu l'importance de la "masse" manquante...

Le sujet est passionnant car sans doute en pleine évolution suite aux observations de plus en plus pointues. Mais "passionnant" n'oblige pas à des réactions passionnelles svp. Sinon ce post serait fermé, et je trouve que ce serait dommage...

[Olorin]

Pensez-vous avoir les compétences nécessaires pour discuter de ces résultats de façon pertinente?

Je pose la question: comment les conclusions de ces articles ( particules de DM de masse < 4-5 GeV peuvent-il être compatible avec le modèle CDM avec wimps si ces derniers font défauts a des énergies de 14 TeV? La logique élémentaire tend a falsifier CDM +
Wimps; non? Et quid des 2 autres articles ? Leurs conclusions sont radicales: CDM échoue à rendre compte des observations. Je ne fait ici qu'indiquer les conclusions de ces articles qui mettent à mal le modèle CDM + Wimp en vigueur. mon niveau scientifique n'a rien à
voir là dedans puisque je m'appuie sur les conclusions de spécialistes infiniment plus compétent que moi dans leur domaine.

[invite06459106]

... puisque je m'appuie sur les conclusions de spécialistes infiniment plus compétent que moi dans leur domaine.

C'est peut être là le point non? Tant que les conclusions ne sont pas validées, quand bien même cela puisse être intéressant, ce pas pas ici que l'on pourrait en parler (même si il peut y avoir une tolérance, là tu insistes vraiment beaucoup), tiens, c'est comme si je ne faisais que parler des gravitons massifs pour expliquer l'énergie noire, bien que tiré de travaux publiés...A part mettre ça dans Actualités pour porter à connaissances, je ne vois pas ce qu'il y a a discuter...Puisque non validé...

[Olorin]

certes, mais le CMD a encore beaucoup d'aspects qui cadrent très bien avec les observations

Il y a aussi un tas d'aspects qui ne collent absolument pas avec les observations, cf Les différentes études sur les galaxies satellites, l'amas du boulet, la non détection directe ou indirecte, les courbes de RAR, la non explication de la relation de Tully-fischer baryonique, ça fait beaucoup de FAIL pour une théorie supposément incontournable pour comprendre notre univers, non? En tout cas le point positif c'est que la science avance et que toutes ces observations vont permettre d'éliminer certains modèles et ainsi l'émergence de nouveau modèle en meilleur accord avec l’expérience. En tout cas, il semble évident d'après les résultats que les théories de gravité modifiées vont être incontournables dans le futur de l'astrophysique et de la cosmologie; quand bien me elles demanderont à être mieux définies.

[pascelus]

A l'aide d'un petit radiotélescope des Australiens auraient détecte des signaux dus aux premières géantes bleues de l'univers soit il y a 13.6 Md d'années. Cette découverte fait le buzz mais je vous recommande les versions anglaises. Il semblerait que ces signatures indiquent un univers (essentiellement de l'hydrogène) beaucoup plus froid que prévu (3K). Selon une interprétation cela indiquerait des échanges importants avec la potentielle matière noire qui serait plutôt légère invalidant par là les Wimp?

Pourquoi la matière noire serait-elle le milieu "froid" expliquant la température trop basse de l'univers de cette époque?

Est-on si sûrs par exemple, dans le scénario expansion/inflation, du rythme exact de l'évolution de l'univers?

Il me semble par exemple, que selon les dernières recherches d'Adam G Riess, il y ait une tension croissante entre la mesure de la constante de Hubble par ses soins et celle issue du CMB par Planck (https://arxiv.org/pdf/1801.01120.pdf). Celà ne pourrait-il pas justifier un refroidissement plus rapide qu'attendu?

[Olorin]

.A part mettre ça dans Actualités pour porter à connaissances, je ne vois pas ce qu'il y a a discuter...Puisque non validé...

On est bien d'accord. Mais pour les dynamiques de galaxies satellites c'est bel et bien validé, c'est la 3ème étude du même type, les méthodes de mesures sont bien cernées, et l'étude à passée l'étape du comité de lecture, donc je vois mal ces résultats invalidés dans le futur, et ils sont très préoccupants pour ne pas dire éliminatoires en ce qui concerne CDM.

[Olorin]

Celà ne pourrait-il pas justifier un refroidissement plus rapide qu'attendu?

Cela pourrait être une possibilité intéressante également, chercher d'autres causes au refroidissement.

[invite06459106]

On est bien d'accord. Mais pour les dynamiques de galaxies satellites c'est bel et bien validé, c'est la 3ème étude du même type, les méthodes de mesures sont bien cernées, et l'étude à passée l'étape du comité de lecture, donc je vois mal ces résultats invalidés dans le futur, et ils sont très préoccupants pour ne pas dire éliminatoires en ce qui concerne CDM.

Je ne parlais pas des mesures, mais de l'interprétation, pour l'instant les mesures montrent que cela ne fonctionne pas parfaitement, loin de là, la conclusion de mettre LCDM à la poubelle reste une possibilité parmi d'autres, rien de plus, et en attendant ce modèle (hors appréciation personnelle) est celui qui fait le plus consensus, toi tu vas direct sur le chemin de l'invalidation totale du modèle, alors p'têt bin que oui, p'têt ben que non, il y a pleins d'autres travaux publiés qui font une mayo LCDM avec d'autres trucs, en rapport aux mesures, pourquoi donner plus de poids aux unes ou aux autres?
Se poser la question, oui...Affirmer que le modèle est mort...possible mais à ce jour l'affirmation est un peu rapide...Wait&see.

[mh34]

Jmon niveau scientifique n'a rien à
voir là dedans puisque je m'appuie sur les conclusions de spécialistes infiniment plus compétent que moi dans leur domaine.

Alors je vous la refais en gras et en vert une dernière fois ; ce forum est fait pour essayer de comprendre et poser des questions, pas pour remettre en question même en s'appuyant sur des articles scientifiques. Relire l'article 6