Bonsoir,
Non seulement ça se passe là-haut, mais en plus ça vole haut : une équipe de scientifiques indiens propose un modèle où les caractéristiques de la matière noire permettent de se passer de l'énergie noire.
Pour approfondir, faisons donc un tour sur http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/20...pletement.html :
Voilà une étude théorique très très intéressante, effectuée par des physiciens indiens : en prenant en compte un terme de viscosité pour la matière noire, ils parviennent à produire une expansion cosmique accélérée, jusqu'à expliquer complètement l'effet associé à ce qu'on appelle l'énergie noire...
Les trois physiciens indiens menés par Abhishek Atreya (Center For Astroparticle Physics and Space Sciences, Bose Institute, Kolkata) partent de l'hypothèse que la matière noire est de type SIDM (Self-Interacting Dark Matter), c'est à dire qu'elle peut interagir sur elle-même. Les modèles de matière noire SIDM sont devenus très en vogue depuis quelques années car ils permettent d'expliquer quelques anomalies du modèle de matière noire froide "classique" (CDM) au niveau des petites échelles (la distribution de matière noire dans les coeurs des galaxies) (voir ici). Abhishek Atreya et ses collaborateurs attribuent une viscosité à la matière noire au fait que ses particules interagiraient entre elles. Si elles montrent une telle interaction avec leurs congénères, le mouvement de ces particules doit se trouver entravé par une sorte de frottement interne, à la manière de la viscosité générée par les molécules d'un liquide en écoulement.
Les chercheurs réécrivent donc l'équation d'Einstein du tenseur d'énergie-impulsion pour un fluide visqueux, en enlevant le terme de constante cosmologique 훬 et en ajoutant deux termes de viscosité (des contraintes de volume et de cisaillement) :
Tµν = 휀 uµu ν + (P + ΠB)∆µν + Πµν
Ils en déduisent après sa résolution que l'évolution de la densité d'énergie moyenne dépend crucialement d'un terme de dissipation D qu'ils parviennent à approximer après quelques hypothèses raisonnables (comme la constance des coefficients de viscosité en fonction de l'époque cosmique, c'est à dire du redshift) :
D = (1 + z)2 [v0/(L(1 + z)n)]2 (4/3 η + 2ζ) ,
un terme de dissipation qui dépend des coefficients de viscosité (volume et cisaillement) η et ζ, du redshift z , de l'échelle de distance L (un paramètre libre du modèle, compris entre 1 Mpc et 100 Mpc, là où la matière noire doit être influente), mais aussi de la vitesse à cette échelle de distance : v0 et enfin d'un second paramètre libre du modèle appelé n.
Les chercheurs étudient différentes échelles cosmiques jusqu'au niveau des superamas de galaxies et sur une plage de redshift allant de l'Univers actuel jusqu'à un redshift z=2,5.
Ils modélisent le comportement des gradients de vitesse par une loi de puissance, ce qui leur permet de calculer directement le taux d'expansion de Hubble en fonction du redshift et ils peuvent comparer la courbe obtenue avec les valeurs de la littérature pour en extraire, après minimisation, les valeurs numériques de leurs deux paramètres libres. Ils obtiennent n = 0,577 et L = 20,1265 Mpc.
A partir de là, leur modèle étant complet, Abhishek Atreya et ses collaborateurs peuvent calculer le paramètre de décélération q en fonction du redshift z (qui montre comment évolue l'expansion cosmique, q positif : l'expansion décélère, q négatif : l'expansion accélère). Les physiciens indiens peuvent également calculer le module de distance des supernovas Ia (c'est à dire leur luminosité apparente) toujours en fonction du redshift, qui dépend directement du calcul du taux d'expansion H(z).
La courbe obtenue sur les supernovas colle parfaitement avec les points d'observations, ceux-là même qui avaient mené à déduire la présence d'une expansion accélérée. Ce n'est pas surprenant car le modèle est paramétré sur des valeurs issues d'observations.
Concernant le paramètre de décélération q dont la variation en fonction du redshift z peut s'écrire :
dq/dz + (q−1) (2q−1)/(1+z) = 4πGD/(3.(1 + z).H3)
(où apparaît le terme de dissipation D), son tracé en fonction de z montre à quelle valeur de z le paramètre q passe de positif à négatif, c'est à dire l'époque à laquelle l'expansion est passée d'une phase décélératrice à une phase accélératrice. Le modèle standard 훬CDM indique pour cette transition une valeur z=0,7, le modèle de Atreya et al. donne une valeur z=0,8. Pas mal du tout... Qui plus est, on retrouve bien une valeur de q très proche de celle du modèle 훬CDM pour les grandes valeurs de z (proche de +0,5), et une légère différence pour les faibles valeurs de z.
Résumons : L'introduction d'une viscosité de la matière noire (qui serait de type auto-interagissante) permet d'expliquer à la fois les données observées en termes de luminosité de supernovas Ia, de taux d'expansion et de paramètre d'accélération en fonction de z , aussi bien que ce que fait le modèle 훬CDM avec son énergie noire mystérieuse. Abhishek Atreya, Jitesh Bhatt, et Arvind Kumar Mishra font disparaître l'énergie noire simplement en ajoutant quelques caractéristiques raisonnables pour la matière noire.
Les deux paramètres libres L et n qui apparaissent dans leur modèle (des paramètres qui sont finalement très contraints) sont très intéressants : L aurait pour valeur 20,1265 Mpc, ce qui est une distance caractéristique correspondant tout à fait aux échelles où la matière noire semble agir (environ 70 millions d'années-lumière), entre amas et superamas de galaxies, ce qui conforte le modèle.
Et le paramètre n, lui, apporte une information supplémentaire sur la viscosité des particules de matière noire envisagée : le fait que ce paramètre soit non nul indique que la dissipation associée à cette viscosité ne doit pas être constante en fonction de l'époque cosmique. La dissipation doit commencer avec une valeur faible dans le passé (les z élevés) et augmenter lentement lorsque l'Univers évolue jusqu'à aujourd'hui à z=0. Savoir pourquoi pourrait conduire à mieux cerner encore la nature des particules de matière noire.
Il est enfin important de noter que cette analyse qui est publiée dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics est complètement indépendante d'un quelconque modèle de matière noire, outre le fait qu'elle doit être de type SIDM et donc visqueuse...
Source
Viscous self interacting dark matter cosmology for small redshift
Abhishek Atreyaa, Jitesh R Bhattb and Arvind Kumar Mishrab,
Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume (20 February 2019)
https://doi.org/10.1088/1475-7516/2019/02/045
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