Matière noire éclaircie ?

[Chaospace]

Bonjour à tous,

Quand on parle de la matière noire, on pense à une sorte de matière invisible, ayant une masse, qui expliquerait la masse manquante dans l'Univers observable, et aussi la rotation des étoiles dans les galaxies etc...

Ma question est : Serait-il possible que la matière noire soit composée de noyaux d'atomes uniquement, c'est-à-dire dépourvus d'électron ?
Cela expliquerait le fait que cette matière soit invisible car il n'y aurait pas d'interaction entre les photons et les électrons ! car pas d'électron...
...mais vous allez me dire que ce type de matière ne peut exister car elle ne serait pas neutre du point de vue des charges électroniques.

Pourtant lors de l'évolution de l'Univers d'après le modèle "standard" avec le bigbang, l'inflation etc... il y a eu l'étape où la matière s'est créée, au cours de laquelle des protons et des neutrons se sont assemblés et seulement après les électrons sont venus tourner autour. Donc ce type de matière (noyaux seuls) a bien existé non ? (bien que les conditions physiques soient différentes de celles de maintenant comme par exemple : la température...) et se pourrait-il que ce type de matière existe encore et soit en fait la fameuse matière noire ?

Merci.
-----

[invite2615acbb]

Une autre question qui suit la tienne admettons que cette matière soit faite d'atomes et qu'elle soit non neutre, cette non neutralité se traduirait-elle par une énergie? (car l'on parle aussi d'énergie noire qui maintiendrait l'univers en expansion, non?). Des chercheurs ont-ils déjà émis des hypothèses dans ce sens? Comment entendent-ils aujourdhui expliquer matière noire et énergie noire?

[invite88ef51f0]

Salut,
Tout d'abord, ce que tu as en tête est chargé électriquement. Avant la recombinaison dont tu parles, on avait un plasma très chargé. Or la lumière est une onde électromagnétique donc agit sur tout ce qui a une charge électrique. Donc ça ne donne pas une matière noire. Ce n'est pas que ce n'est pas possible physiquement, simplement que ça ne donnerait pas ce qu'on attend.
On peut alors imaginer des astres composés de matière habituelle, mais trop petits pour qu'on les voit. C'était une piste étudiée dans les années 90. C'est ce qu'on appelle les MACHO (MAssive Compact Halo Object). Sauf que les recherches sont arrivées quasiment bredouille. Il n'y a quasiment rien de ce type là.

Enfin, l'argument décisif, c'est la nucléosynthèse primordiale. Au début de l'univers (environ 3min après le Big Bang) se sont formées les différents noyaux : l'hydrogène, un peu d'hélium et des traces d'éléments plus lourds (sachant que le reste sera formé dans les étoiles). En étudiant la proportion de ces différents éléments, on est capable de déterminer la quantité de matière à l'époque. Le résultat solide est : il y a 4% de matière baryonique (la matière dont nous sommes constitués).
Mais on sait par ailleurs de multiples observations (fond diffus cosmologique, ...) qu'il y a 30% de matière en tout.
Le calcul est simple : il y a forcément environ plus de 80% de la matière qui est sous une forme non-baryonique.

Comment entendent-ils aujourdhui expliquer matière noire et énergie noire?

Il y a des centaines de propositions des physiciens des particules pour expliquer la matière noire. L'idée générale est qu'il y a une famille de nouvelles particules qui sont lourdes et interagissent très peu (par exemple neutre électriquement). Idéalement, on en trouverait au LHC.
Pour l'énergie noire, c'est beaucoup plus complexe. On peut l'expliquer facilement en introduisant une constante ad hoc dans les lois de la gravitation, mais ça ne justifie rien. Il faudrait réussir à mieux concilier la physique quantique et la relativité générale pour en trouver une explication. Une autre possibilité étant de modifier les lois de la relativité générale en rajoutant différents champs. Je pense que peu de cosmologistes seront prêts à parier sur la nature de l'énergie noire.

[Chaospace]

Ce n'est pas que ce n'est pas possible physiquement, simplement que ça ne donnerait pas ce qu'on attend.

ok, c'est ce que je voulais savoir... ma petite théorie est donc à oublier...

Merci ++

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chaospace]

Mais bon, je vais quand même continuer dans ma lancée...
Puisque la matière noire ne peut pas être constituée de noyaux d'atomes (atomes sans électron) alors pourrait-elle être constituée plus simplement par des neutrons uniquement ? La matière noire serait de la soupe de neutrons, ce qui expliquerait sa masse et son invisibilité non ?
Mais n'y aurait-il pas un rapport avec les étoiles à neutrons ?

[invite88ef51f0]

Non, ce n'est pas possible.
La matière noire est constituée de matière non-baryonique (ou plus rigoureusement la composante baryonique est négligeable). Or la famille des baryons regroupent les neutrons et les protons.
Il faut donc vraiment chercher quelque chose de nouveau du point de vue de la physique des particules.

[Gilgamesh]

Mentionnons également que le neutron libre est instable, de demi-vie ~ 1/4 d'heure.

a+

[invitea29d1598]

Mentionnons également que le neutron libre est instable, de demi-vie ~ 1/4 d'heure.

a+

si tu fais une "soupe", il n'est plus libre

mais ça rejoint effectivement directement les étoiles à neutrons et en plus, même s'il est électriquement neutre, le neutron possède un moment magnétique (car il est composé de quarks chargés) et interagit donc avec le rayonnement électromagnétique (même si faiblement).

[Chaospace]

D'accord. Donc est-ce que tout composant de la matière baryonique est détectable dans l'Univers, y compris les neutrons libres ? Si oui, comment ?

[Chaospace]

Ah désolé, je n'avais pas vu les deux dernières réponses ! Merci donc à vous trois, je suis désormais convaincu.
A+

[Gilgamesh]

D'accord. Donc est-ce que tout composant de la matière baryonique est détectable dans l'Univers, y compris les neutrons libres ? Si oui, comment ?

Des neutrons libres ce n'est pas envisageable, puisque qu'ils se désintègrent rapidement en proton + électron + neutrino.

Et si ce sont des neutrons liés, sous forme d'étoile à neutron, alors cela rejoint l'hypothèse MACHO qui a été invalidée par l'observation.


a+

[invited17825bc]

Pardon si je dis une bourde, mais les milieux transparents (comme l'air par ex) interagissent avec les photons, mais sont pourtant invisibles. S'il y a de l'air dans l'espace, comment la repérer? Juste par le phénomène de la réfraction? Parce que sinon, pourquoi la matière noire ne serait-elle pas de la matière transparente? oO

[invitea29d1598]

Pardon si je dis une bourde, mais les milieux transparents (comme l'air par ex) interagissent avec les photons, mais sont pourtant invisibles. S'il y a de l'air dans l'espace, comment la repérer? Juste par le phénomène de la réfraction? Parce que sinon, pourquoi la matière noire ne serait-elle pas de la matière transparente? oO

invisible pour certaines longueurs d'onde (celles de la lumière visible), mais les astrophysiciens utilisent un spectre électromagnétique bien plus large : tout gaz est visible à une certaine fréquence (même si pas toujours facilement, ce qui est l'une des raisons pour lesquelles certaines personnes pensent qu'une partie non-négligeable de la masse manquante est associée à du gaz intergalactique difficilement visible).

[invited17825bc]

Merci de la réponse si rapide!
C'est vrai, j'avais oublié qu'il y avait plusieurs longueurs d'ondes de lumière...

Il faut donc aller chercher les constituants de cette matière dans le modèle standart, comme les neutrinos par exemple, qui n'ont pas d'interaction avec la lumière. Reste a savoir s'ils ont une masse... :/

[invite88ef51f0]

Les neutrinos ont aussi été une bonne piste pour expliquer la matière noire. Mais ça ne suffit pas.
Déjà pour tout expliquer, il faudrait des neutrinos assez lourds. Or même si on ne connaît pas leur masse exacte, on sait qu'ils ont une masse très faible.
Mais on sait que la matière noire doit être lourde. Si elle était composée de particules légères, elles iraient plus vite et se regrouperaient moins bien. Donc, on sait qu'il faut des particules massives. Dans le jargon, on parle de WIMP : Weakly Interacting Massive Particle, soit Particule Massive Interagissant Faiblement.

[invite2615acbb]

merci (parceque j'avais oublié dans mon post)

[Chaospace]

Des particules lourdes mais qui n'interagissent pas ?

Déjà si elles sont lourdes, elles interagissent gravitationnellement, et pas faiblement ! (en tout cas plus que la matière baryonique) non ?

Alors qu'entendons-nous par "interagissant faiblement" ? on parle des interactions électromagnétiques ou nucléaires seulement ?

De plus comment la matière noire, si elle existait, serait répartie dans l'Univers ? De façon homogène, autour des galaxies et entre les amas de galaxies ?

...ça me parait étrange tout cela : si la matière noire a une masse, alors elle devrait s'agglutiner sur elle-même, comme la matière baryonique, soumise à la gravitation ! ou alors il existe une autre force inconnue au sein de cette matière noire qui l'empêche de s'effondrer sur elle-même

[invitea29d1598]

Déjà si elles sont lourdes, elles interagissent gravitationnellement, et pas faiblement ! (en tout cas plus que la matière baryonique) non ?

oui. Dans la matière noire quand le mot "interaction" est employée, il désigne généralement toutes les interactions autres que la gravitation. Car si observe cette MN, c'est bien parce que gravitationnellement, elle agit

De plus comment la matière noire, si elle existait, serait répartie dans l'Univers ? De façon homogène, autour des galaxies et entre les amas de galaxies ?

c'est une question ouverte... il existe un dossier FS sur la matière noire ici (vraisemblablement complété sur la page de l'auteur, là), la question de la distribution spatiale étant abordée ici.

ça me parait étrange tout cela : si la matière noire a une masse, alors elle devrait s'agglutiner sur elle-même, comme la matière baryonique, soumise à la gravitation ! ou alors il existe une autre force inconnue au sein de cette matière noire qui l'empêche de s'effondrer sur elle-même

non, non. D'ailleurs sauf erreur de ma part c'est bien ce que l'on considère dans les scénarios de formations des grandes structures cosmologiques actuels : la matière noire s'attire elle-même, creuse un puits gravitationnel, et dans celui-ci tombe ensuite la matière "normale" qui donne naissance à la partie visible des galaxies.

[Chaospace]

Merci beaucoup pour cette réponse et pour les liens !

[Gilgamesh]

non, non. D'ailleurs sauf erreur de ma part c'est bien ce que l'on considère dans les scénarios de formations des grandes structures cosmologiques actuels : la matière noire s'attire elle-même, creuse un puits gravitationnel, et dans celui-ci tombe ensuite la matière "normale" qui donne naissance à la partie visible des galaxies.

Il y a eu une cartographie de la matière noire publiée par une équipe du Caltech en janvier 2007 : sondage COSMOS (Cosmic Evolution Survey), réalisée à l'aide du télescope spatial Hubble, du VLT et du Subaru (pour les spectres permettant d'estimer les distance) qui couvre 1,6 degré carré du ciel et qui remonte jusqu'à mi-chemin du début de l'Univers en termes de durée.

Dans le "blob" 3D ci dessous qui représente une carotte d'espace-temps, on voit que la partie gauche, qui nous montre la physionomie récente, s'est structurée en nuages tandis que la partie droite, plus ancienne, est d'un seul tenant.

http://www.interstars.net/index.php?actu=874


==

[invite88ef51f0]

Déjà si elles sont lourdes, elles interagissent gravitationnellement, et pas faiblement ! (en tout cas plus que la matière baryonique) non ?

Alors qu'entendons-nous par "interagissant faiblement" ? on parle des interactions électromagnétiques ou nucléaires seulement ?

Tout à fait. "Interagir faiblement" veut dire pas d'interaction électromagnétique, ni forte. À la rigueur de l'interaction faible, mais pas trop non plus. Mais bien sûr, il y a l'interaction gravitationnelle. C'est d'ailleurs ce qu'on demande à la matière noire.

De plus comment la matière noire, si elle existait, serait répartie dans l'Univers ? De façon homogène, autour des galaxies et entre les amas de galaxies ?

...ça me parait étrange tout cela : si la matière noire a une masse, alors elle devrait s'agglutiner sur elle-même, comme la matière baryonique, soumise à la gravitation ! ou alors il existe une autre force inconnue au sein de cette matière noire qui l'empêche de s'effondrer sur elle-même

Tout à fait. Comme il a été dit, la matière noire a tendance à former des filaments et des amas, ce qui aide la matière baryonique à s'effondrer. Néanmoins, il y a une nuance importante : la matière noire ne peut pas rayonner éléctromagnétiquement. Du coup, elle ne peut pas évacuer son énergie, et ne peut donc pas s'effondrer indéfiniment. Si tu prends un gros tas de matière baryonique, il va s'effondrer en chauffant.

[inviteb60523e2]

si j'ai bien compris :
on suppose l'existence de la matière noire pour expliquer des effets gravitationnels constatés. (au niveau des galaxies notament)
ne peut-on imaginer une propension de l'espace temps à se creuser (de plus en plus) sous l'effet de la masse, à céder ?
Cette faiblesse ne pourrait-elle pas être assimilée à l'énergie noire (négative) ?
Les courbures de l'ET serait donc plus importantes (notament pour les objets très anciens ou très massifs) et correspondraient à l'observation.

[invite88ef51f0]

Certains proposent en effet de modifier un peu les lois de la gravitation pour en augmenter les effets sur des échelles cosmologiques. C'est la théorie MOND. Même si rien ne permet de trancher définitivement pour l'instant, cette théorie explique bien moins de chose que la matière noire.

[inviteb60523e2]

Certains proposent en effet de modifier un peu les lois de la gravitation pour en augmenter les effets sur des échelles cosmologiques. C'est la théorie MOND. Même si rien ne permet de trancher définitivement pour l'instant, cette théorie explique bien moins de chose que la matière noire.

D'accord, mais la théorie MOND (MOdified Newtonian Dynamics) n'est pas une évolution de la théorie de la relativité, c'est un retour en arrière vers une solution newtonienne améliorée. La théorie MOG semble avoir été développée par une personne cherchant des théories résolument non einsteinienne de la gravitation.
Il semble donc qu'il y ait peu de tentatives pour affiner la sacro-sainte théorie de la relativité. Il faut dire aussi que la mode actuelle me semble plus orientée vers la physique des particules (au moins en nombre de prix Nobel).

[invitea29d1598]

D'accord, mais la théorie MOND (MOdified Newtonian Dynamics) n'est pas une évolution de la théorie de la relativité, c'est un retour en arrière vers une solution newtonienne améliorée.

c'est pour cela que Bekenstein et d'autres ont développé ce qu'on appelle TeVeS qui se veut une généralisation relativiste de MOND.

Il semble donc qu'il y ait peu de tentatives pour affiner la sacro-sainte théorie de la relativité.

bien au contraire... il y en a un très grand nombre. On peut par exemple citer les théories à la Lovelock, les théories téléparallèles, et bien d'autres encore... notez toutefois qu'il y a des faits expérimentaux qui furent au départ des prédictions de la relativité et que toutes ses théories doivent prendre en compte (décalage spectral d'origine gravitationnel, mirages gravitationnels, etc), ce qui fait que le cadre mathématique n'est jamais complètement différent de celui de la relativité. Mais il n'y a rien de "sacro-saint" dans la relativité : simplement on ne peut pas renier qu'elle repose sur certains principes auxquels on ne peut pas renoncer comme l'absence de temps absolu, etc.

Il faut dire aussi que la mode actuelle me semble plus orientée vers la physique des particules (au moins en nombre de prix Nobel).

ce n'est en rien contradictoire de nos jours puisque par exemple beaucoup d'efforts sont concentrés autour de la théorie des cordes qui prédit justement des modifications à la théorie actuelle de la gravitation. La plupart des travaux "au-delà" de la RG sont d'ailleurs motivés par cela.

[inviteb60523e2]

c'est pour cela que Bekenstein et d'autres ont développé ce qu'on appelle TeVeS qui se veut une généralisation relativiste de MOND.



bien au contraire... il y en a un très grand nombre. On peut par exemple citer les théories à la Lovelock, les théories téléparallèles, et bien d'autres encore... notez toutefois qu'il y a des faits expérimentaux qui furent au départ des prédictions de la relativité et que toutes ses théories doivent prendre en compte (décalage spectral d'origine gravitationnel, mirages gravitationnels, etc), ce qui fait que le cadre mathématique n'est jamais complètement différent de celui de la relativité. Mais il n'y a rien de "sacro-saint" dans la relativité : simplement on ne peut pas renier qu'elle repose sur certains principes auxquels on ne peut pas renoncer comme l'absence de temps absolu, etc.



ce n'est en rien contradictoire de nos jours puisque par exemple beaucoup d'efforts sont concentrés autour de la théorie des cordes qui prédit justement des modifications à la théorie actuelle de la gravitation. La plupart des travaux "au-delà" de la RG sont d'ailleurs motivés par cela.

Merci de ces toutes ces précisions, je me jette sur ces nombreuses pistes.

Vous avez compris, que j'aimerais une solution par la RG au problème de la matière noire. En effet la RG est belle et décrit si bien l'Univers à l'échelle du cosmos que l'intervention de la physique des particules ne me plait pas !
Peut-être que mère Nature se moque de ce qui me plaît ? J'avais espoir d'être le centre de l'Univers le jour où j'ai appris que le reste de l'Univers séloigne de moi ;o)

[invited17825bc]

Un puit gravitationnel? En gros, les galaxies "tombent" dans ce puit formé par la matière noire, d'ou leurs formes particulières... Fascinant!!! Seulement, il faudrait des particules ayant une masse énorme pour causer un tel effet.

[invite050cb9ed]

bonjour tout le monde,

...ça me parait étrange tout cela : si la matière noire a une masse, alors elle devrait s'agglutiner sur elle-même, comme la matière baryonique, soumise à la gravitation ! ou alors il existe une autre force inconnue au sein de cette matière noire qui l'empêche de s'effondrer sur elle-même

ça me fait cogiter ça, et j'aime bien...
si la matière noire attire (comme) la matière, ne devrait on pas pouvoir trouver l'équivalent des trous noirs, en matière noire?
l'unique responsable de la création du trou noir est bien le rapport entre la masse de l'astre et son volume? chose qui devrait/pourrait être identique pour cette matière non barionnique?

[invite88ef51f0]

Comme je l'ai expliqué au message #21, ce n'est pas possible.
Pour former un objet dense, il ne suffit pas d'une attraction. Par exemple, la Terre tourne autour du Soleil mais ne s'effondre pas dessus. Il faut aussi dissiper de l'énergie : un satellite en orbite basse perd un peu d'énergie en frottant contre l'atmosphère et voit alors son altitude diminuer progressivement. Le seul moyen efficace de dissiper de l'énergie aux échelles astronomiques est de rayonner. Ainsi un nuage de gaz qui s'effondre sur lui-même va devenir très chaud et va émettre beaucoup de rayonnement (infrarouge, ...). Mais la matière noire ne peut pas rayonner (c'est pour ça qu'elle est noire). Elle ne peut donc pas s'effondrer en objets denses et forment uniquement des grandes structures.

[SK69202]

Bonsoir,

Ainsi un nuage de gaz qui s'effondre sur lui-même va devenir très chaud et va émettre beaucoup de rayonnement (infrarouge, ...). Mais la matière noire ne peut pas rayonner (c'est pour ça qu'elle est noire). Elle ne peut donc pas s'effondrer en objets denses et forment uniquement des grandes structures.

Elle doit pourtant être soumise à l'émission d'ondes gravitationnelles, certainement beaucoup moins efficace, je le sais, mais sur la durée cela doit quand même avoir son mot à dire. (?)

@+