Paradoxe de la matière noire

[papy-alain]

Bonjour à tous.
Ce qui m'apparaît comme un paradoxe est en réalité une interrogation : pourquoi ne détecte-t-on aucun rayonnement de cette matière noire ? Tout corps rayonne, dés l'instant où sa température est différente de 0°K. D'autre part, la matière noire est beaucoup plus abondante que la matière visible et ne devrait donc pas passer inaperçue. Est ce une question de sensibilité de nos moyens de mesures, ou suppose-t-on que la matière noire est à O°K, ou cette matière noire n'est elle qu'une abstraction mathématique sans réalité physique ?
-----

[invite80fcb52e]

pourquoi ne détecte-t-on aucun rayonnement de cette matière noire ?

Les particules de matière noire sont insensibles à la force électromagnétique (charge nulle), donc elle ne pas interagir (absorption ou émission) avec la lumière. Contrairement aux électrons qui eux réagissent et nous permettent donc de voir la matière normale!

[papy-alain]

Les particules de matière noire sont insensibles à la force électromagnétique (charge nulle), donc elle ne pas interagir (absorption ou émission) avec la lumière. Contrairement aux électrons qui eux réagissent et nous permettent donc de voir la matière normale!

Je ne vois que le neutrino pour avoir une charge nulle et une masse non nulle. Se pourrait il qu'il y en ait d'autres ?

[inviteccac9361]

Bonjour,

voici un extrait d'une discussion entre l'internaute et Jean-Pierre Luminet (en 2007):

La matière noire, c'est quoi ?
Jean-Pierre Luminet : On sait que l'Univers est composé aujourd'hui de 99% de matière et énergie noire. La matière noire est soit de la matière atomique ordinaire, sous forme d'étoiles sombres, trous noirs, planètes, etc. : 4% seulement; de matière non atomique, comme les neutrinos et autres particules vraisemblablement produites dans le Big Bang : 24%
Reste environ 72% d'énergie sombre, qui n'est pas de la matière au sens habituel, mais un champ d'énergie pure (peut-être l'énergie du vide). Contrairement a la matière noire, l'énergie sombre est anti-gravitante; elle a donc tendance à accélérer l'expansion de l'Univers. C'est justement ce qui est observé.

http://www.linternaute.com/science/e...-luminet.shtml

Si j'ai bien saisi, on pourait donc théoriquement observer 4% de cette Matiere Noire, puisqu'il sagit de matiere ordinaire.
Quant au reste....

[A voir en vidéo sur Futura]

[Calvert]

Je ne vois que le neutrino pour avoir une charge nulle et une masse non nulle. Se pourrait il qu'il y en ait d'autres ?

Dans le modèle standard, le boson Z⁰.

En astrophysique, on appelle les candidats plausibles à la matière noire les WIMPS. Il y a plusieurs candidats issus des modèles "au-delà du modèle standard", notamment en supersymétrie, par exemple.

[invite80fcb52e]

Si j'ai bien saisi, on pourait donc théoriquement observer 4% de cette Matiere Noire, puisqu'il sagit de matiere ordinaire.

Je sais pas ce qu'il a voulu dire, mais on a 72% d'énergie sombre, 4% de matière ordinaire (les baryons) et 24% de matière noire (les WIMPS). Soit 28% de matière en tout!

Les trou noirs, planètes, étoiles sombres font partie de la matière ordinaire.

Et sur ces baryons, il faut aussi savoir qu'on n'en observe qu'environ la moitié, l'autre moitié étant ce qu'on peut appeler les "baryons noirs". C'est le problème des "baryons manquants"...

[papy-alain]

En astrophysique, on appelle les candidats plausibles à la matière noire les WIMPS

Comme les axions, par exemple ?

[Calvert]

Comme les axions, par exemple ?

Par exemple, mais au vu du nombre de propositions de modèle "au-delà du modèle standard", ce n'est pas les candidats qui manquent (entre autres, le neutralino, mais je crois me souvenir qu'il y en a d'autres).

[invited529ef30]

les axions, dans le domaine de la physique des particules, il n'y a plus grand monde qui y croit...

À l'heure actuelle, les physiciens du LHC se demandent si la matière noire ne serai pas constituée de particules super-symétriques stables (la LSP= least stable particle) qui pourrait en effet être le neutralino (un boson, super-particule associée au neutrino)

[papy-alain]

Autre chose qui me paraît bizarre. La matière noire est là pour expliquer la gravité plus élevée que celle résultant de la seule matière visible au sein des des amas galactiques. Mais si on inclut dans cette matière noire toutes sortes de particules, comme le neutrino, qui se déplacent dans l'espace à des vitesses élevées, la résultante de leur action gravitationnelle est nulle, puisqu'il y en a partout dans l'espace. Pfff, je comprends de moins en moins.

[inviteccac9361]

Et sur ces baryons, il faut aussi savoir qu'on n'en observe qu'environ la moitié, l'autre moitié étant ce qu'on peut appeler les "baryons noirs". C'est le problème des "baryons manquants"...

Je ne connaissait pas cette histoire de baryons manquant.
La moitié ?!
Excellente information.
Dans ce cas je pencherait pour dire que les Baryons manquants correspondent à la deuxieme moitié de l'Espace physique.
C'est pas tres academique dit comme ça, j'en convient.

Un anti-espace ? La deuxieme moitié d'un "cube" ?
Je viens de trouver quelque-chose qui s'en rapproche :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Espace_anti_de_Sitter
http://fr.wikipedia.org/wiki/Univers_anti_de_Sitter

Dans un univers de de Sitter la distance entre observateurs comobiles croît si vite qu'il n'est pas possible pour un observateur de détecter quoi que ce soit au-delà d'une distance cH − 1 appelée horizon des particules

http://fr.wikipedia.org/wiki/Univers_de_de_Sitter

Peut-être qu'on ne les observe pas à cause de ça ?

[Deedee81]

Autre chose qui me paraît bizarre. La matière noire est là pour expliquer la gravité plus élevée que celle résultant de la seule matière visible au sein des des amas galactiques. Mais si on inclut dans cette matière noire toutes sortes de particules, comme le neutrino, qui se déplacent dans l'espace à des vitesses élevées, la résultante de leur action gravitationnelle est nulle, puisqu'il y en a partout dans l'espace. Pfff, je comprends de moins en moins.

Il n'y en a pas partout dans l'espace car ils sont attirés par les galaxes et s'y concentrent.

C'est vrai, ils vont extrêmement vite. Mais face à la taille des galaxies, ça ne joue pas beaucoup. Un neutrino, a coté d'une galaxie qui fait 100000 A.L. de long, ma foi, immobile ou a grande vitesse....

Toutefois, la masse des composants joue quand même. Massif et lent on appelle cela la matière noire froide. Léger et rapide on appelle cela la matière noire chaude. Dans ce dernier cas, elle a tendance a se répartir uniformément plutôt que de former des "grumaux" (comme les étoiles pour le gaz ordinaire).

Les cartes de matière noire semblent plutôt favorable à une matière noire chaude (attention à des mots comme "chaud" ou "froid", cela ne correspond pas nécessairement à une température, c'est plutôt une analogie entre leur vitesse et l'énergie cinétique d'agitation thermique. Et même si cela peut vraiment être considéré comme une température, ce n'est pas synonyme de rayonnement car ce n'est pas un corps noir (paradoxal pour de la matière noire ) qui, par définition, absorbe tout rayonnement EM. En fait on devrait plutôt l'appelle la matière invisible ou la matière transparente).

[invited529ef30]

je vois que vous avez un peu de mal à comprendre la discussion de JP Luminet sur la composition de l'Univers:

l'Univers est composé à:

• 73% d'une énergie que l'on ne comprend pas et qui accélère sa dilatation: l'énergie Sombre;
• 23% d'une matière qui n'interagit que par la gravité: la matière Sombre
• 4% de matière "classique" que l'on connais bien: bosons et fermions (ce qui compose tout ce qu'on voit)

[invited529ef30]

Il n'y en a pas partout dans l'espace car ils sont attirés par les galaxes et s'y concentrent.

À vrai dire, à l'heure actuelle, on pense que la matière (qui a ensuite fait les galaxies) a été attirée dans des poches de matières noires qui se seraient rassemblées avant.

Mais si on inclut dans cette matière noire toutes sortes de particules, comme le neutrino

on sais maintenant que la matière noire n'est pas faite de neutrinos.

[papy-alain]

Il n'y en a pas partout dans l'espace car ils sont attirés par les galaxes et s'y concentrent.

C'est vrai, ils vont extrêmement vite. Mais face à la taille des galaxies, ça ne joue pas beaucoup. Un neutrino, a coté d'une galaxie qui fait 100000 A.L. de long, ma foi, immobile ou a grande vitesse....

Ben ça, tu vois, je sais pas trop. La vitesse du neutrino est proche de c. Il ne doit pas être beaucoup plus dévié de sa course qu'un photon. Je crois que si l'on pouvait observer leur trajet dans l'espace, on verrait tout juste l'action d'une lentille gravitationnelle à peine plus accentuée que pour la lumière. Il ne peut donc pas se mettre en orbite autour du centre galactique, il ne fait que passer. Du coup, il ne doit pas y en avoir plus dans une galaxie que dans l'espace, non ?

[papy-alain]

on sais maintenant que la matière noire n'est pas faite de neutrinos.

Ce n'est pas l'avis de JP Luminet. Dans les 24% de non atomique, il inclut les neutrinos.

[Deedee81]

Salut,

À vrai dire, à l'heure actuelle, on pense que la matière (qui a ensuite fait les galaxies) a été attirée dans des poches de matières noires qui se seraient rassemblées avant.

Oui, pardon. Je ne voulais pas parler d'un lien de cause à effet mais plutôt de l'interaction gravitationnelle entre les deux composantes.

on sais maintenant que la matière noire n'est pas faite de neutrinos.

Au vu de la réponse de papy, je donne mes infos :

J'avais lu le chiffre d'un maximum de 10% de matière noire = neutrinos. Probablement plutôt 1 ou 2%.

Je trouve Luminet generéux. Mais il y a probablement d'autres sources (gaz froids non détectés, machos, etc...) pour un grand maxium de 25 % de la MN. Plus probablement 5 à 10 %

Moralité plus de 90% de la matière noire reste très sombre

Mais neutrino ou pas, ça ne change pas grand choses aux remarques plus haut : si la MN est bien des particules (la partie restant mystérieuse, évidemment-), alors c'est très probablement une mn chaude, du même genre que les neutrinos (des neutralinos, des axions, des crottes de nounours vert, que sais-je).

[inviteefd8627f]

Mais neutrino ou pas, ça ne change pas grand choses aux remarques plus haut : si la MN est bien des particules (la partie restant mystérieuse, évidemment-), alors c'est très probablement une mn chaude, du même genre que les neutrinos (des neutralinos, des axions, des crottes de nounours vert, que sais-je).

Salut,
Peut-on être aussi catégorique? Il semble d'après les simulations que la matière noire s'organise plutôt en halos à la périphérie des galaxies. Ce n'est pas vraiment le signe d'une matière noire chaude. Si on imagine des particules sans autre interactions que la gravité - style quarks sans charge de couleur ni électro-magnétique - comment pourrait-elle se comporter?

[inviteccac9361]

Concernant les Baryons manquants.
Un soupçon de detection en 2005 par Chandra :
http://chandra.harvard.edu/press/05_...ss_020205.html

Et en 2008 (confirmation partielle ?) par l'ESA
http://www.futura-sciences.com/fr/ne...univers_15474/

Le satellite de l’Esa XMM-Newton vient en effet d’observer attentivement en rayons X deux amas, répertoriés dans le fameux catalogue d’Abell sous les numéros 222 et 223 et situés à 2,3 milliards d’années-lumière de la Voie Lactée. Les astronomes ont eu la surprise de détecter une faible émission de rayons X à basse énergie provenant de toute évidence de ponts de gaz chaud diffus connectant les deux amas. Ces structures seraient donc bien formées de matière baryonique ordinaire.

De la matiere baryonique trouvée à l’intérieur de filaments de gaz entre amas de galaxies

[invite80fcb52e]

Ce n'est pas l'avis de JP Luminet. Dans les 24% de non atomique, il inclut les neutrinos.

Les neutrinos c'est une fraction négligeable. Donc les mettre dedans ou pas ça change pas des masses le résultat (24% ou 24%?).
Après faut voir, pour certains la matière noire c'est le truc qu'on connait pas, pour d'autre la matière noire c'est tout ce qui n'est pas baryonique (donc neutrino compris).

alors c'est très probablement une mn chaude, du même genre que les neutrinos (des neutralinos, des axions, des crottes de nounours vert, que sais-je).

Non la matière noire serait froide justement, pas chaude!

Un soupçon de detection en 2005 par Chandra :
http://chandra.harvard.edu/press/05_...ss_020205.html

Et en 2008 (confirmation partielle ?) par l'ESA
http://www.futura-sciences.com/fr/ne...univers_15474/

C'est un peu vieux tout ça... Pendant longtemps on n'en détectait que 10% (la fraction des baryons qui sont dans les galaxies).

Le problème c'est pas de savoir où ils sont, c'est de les détecter. A haut redshift on les voit tous dans la foret lyman alpha, par contre à bas redshift il en manque à peu près la moitié, dont on se doute qu'ils sont dans du gaz tiède et diffus intergalactique. Gaz pas assez chaud et trop diffus pour être facilement détectable!

[papy-alain]

Bon, il y a un petit temps que je n'ai plus dit une grosse connerie, alors je vais oser : serait ce imaginable de penser qu'une partie de l'espace (dans l'environnement des galaxies) serait peuplé d'une grande quantité de petits trous noirs, assez petits pour ne pas être détectés, mais en très grand nombre ?

[invite80fcb52e]

serait ce imaginable de penser qu'une partie de l'espace (dans l'environnement des galaxies) serait peuplé d'une grande quantité de petits trous noirs, assez petits pour ne pas être détectés, mais en très grand nombre ?

S'il est petit, il rayonne quelque chose de visible, et s'évapore rapidement en rayonnant beaucoup. S'il est trop gros, il attire du gaz et forme un disque d'accrétion qui lui va rayonner aussi beaucoup.
En plus comment tu les forment? S'ils sont primordiaux, on doit avoir des traces dans le CMB. S'ils sont post CMB, je vois pas comment tu peux les former...

[papy-alain]

Oui, j'aurais dû y penser.

[inviteccac9361]

C'est un peu vieux tout ça... Pendant longtemps on n'en détectait que 10% (la fraction des baryons qui sont dans les galaxies).

Le problème c'est pas de savoir où ils sont, c'est de les détecter. A haut redshift on les voit tous dans la foret lyman alpha, par contre à bas redshift il en manque à peu près la moitié, dont on se doute qu'ils sont dans du gaz tiède et diffus intergalactique. Gaz pas assez chaud et trop diffus pour être facilement détectable!

Merci Gloubiscrapule,
je me demandait aussi s'il on en avait suffisement détécté dans ces zones privilégiées.

Donc du coup, je me demande aussi pourquoi il ne serait pas possible d'en detecter directement dans le systeme solaire.

Pourquoi les Baryons noirs ne sont pas mélangé à la matiere ?
Il y aurait une raison physique ?
Si on en detecte entre les amas galactiques, ne pourrait-on en detecter entre les atomes ?
En infime quantité certes, mais detectables à terme ?

[invite80fcb52e]

Donc du coup, je me demande aussi pourquoi il ne serait pas possible d'en detecter directement dans le systeme solaire.

Dans le système solaire y a pas de problème. C'est au niveau extra galactique qu'il y en a un.

Pourquoi les Baryons noirs ne sont pas mélangé à la matiere ?

Mais ils sont mélangés, c'est la même matière, c'est pas quelque chose d'exotique... C'est du gaz: de l'hydrogène, un peu d'hélium.

Le seul problème c'est la détection. En fait on connait la densité de baryons de l'univers. Donc on se dit que si on regarde dans les galaxies, autour des galaxies, dans les amas, en dehors des amas etc. On doit trouver la même quantité de baryons que ce que prédit la densité de baryons de l'univers.
Or il s'avère que ce qu'on arrive à détecter par la lumière émise dans toutes ces zones est environ moitié moindre que ce qu'on doit trouver. Ca veut juste dire qu'une grande partie est très difficile à détecter: le gaz est pas assez chaud et trop diffus, c'est à dire la condition qu'on a dans l'espace intergalactique.

Si on en detecte entre les amas galactiques, ne pourrait-on en detecter entre les atomes ?

Les baryons noirs sont des atomes.

[inviteccac9361]

Les baryons noirs sont des atomes.

Merci Gloubiscrapule,
J'ai glissé Chef !

Donc effectivement si les Baryons, sont des Baryons...

Le seul problème c'est la détection. En fait on connait la densité de baryons de l'univers. Donc on se dit que si on regarde dans les galaxies, autour des galaxies, dans les amas, en dehors des amas etc. On doit trouver la même quantité de baryons que ce que prédit la densité de baryons de l'univers.
Or il s'avère que ce qu'on arrive à détecter par la lumière émise dans toutes ces zones est environ moitié moindre que ce qu'on doit trouver. Ca veut juste dire qu'une grande partie est très difficile à détecter: le gaz est pas assez chaud et trop diffus, c'est à dire la condition qu'on a dans l'espace intergalactique.

Donc si je comprend mieux.
3 hypotheses :
1. Les baryons sont manquants à cause de la difficulté de detection.
2. Les baryons sont manquants car la théorie qui prévoit leur quantité est approximative ou fausse
3. Un peu de 1 et un peu de 2

Actuellement avec la detection d'un partie des baryons manquants on penche plutot vers l'hypothese 1.

[invite80fcb52e]

1. Les baryons sont manquants à cause de la difficulté de detection.
2. Les baryons sont manquants car la théorie qui prévoit leur quantité est approximative ou fausse
3. Un peu de 1 et un peu de 2

Quand on regarde loin, on les voit tous. C'est quand on regarde près qu'il en manque donc l'hypothèse 2 (et donc 3) est fausse.

Ce problème des baryons manquants fait aussi référence à autre chose:
la fraction baryon sur matière noire dans l'univers vaut 1/6 environ.
Or plus les objets sont petits plus cette fraction est grande. Les galaxies naines ont un rapport 1/100 à 1/1000. Notre galaxie a un rapport 1/30. Plus un objet est gros plus cette fraction se rapproche de la fraction universelle. Donc dans les gros amas on a bien 1/6 de baryons environ.

Le problème est de comprendre pourquoi les galaxies n'ont pas la même proportion de baryons que celle de l'univers. Que sont devenues ces "baryons manquants"?
Soit ils sont ressortis, par exemple à cause des supernovae ou des vents stellaires, soit ils ne sont jamais entrés, ce qui veut dire qu'ils n'ont pas pu se refroidir pour s'effondrer dans les galaxies (et donc ont-ils été chauffés? Par quoi?)

Le parcours du gaz et ses propriétés est une des grandes questions de la formation des galaxies.

[invited529ef30]

Bon, il y a un petit temps que je n'ai plus dit une grosse connerie, alors je vais oser : serait ce imaginable de penser qu'une partie de l'espace (dans l'environnement des galaxies) serait peuplé d'une grande quantité de petits trous noirs, assez petits pour ne pas être détectés, mais en très grand nombre ?

quelque chose qui ressemble à ton hypothèse a effectivement été testé: on par le MACHOs: MAssiv Compact Halo Objects
On pensait que la matière noire était en fait des objets compacts (naines blanches, étoiles à neutrons, mais qui ne rayonneraient pas.

Des études ont été faites pour les trouver (surtout par méthode des transits) et l'hypothèse a été réfutée.

[Olorin]

N'oublions tout de même pas que la matière noire reste une hypothèse parmi d'autres... La théorie MOND (MOdified Newtonian Dynamics), qui tente de résoudre le problème de désaccord entre les courbes de rotation galactique observées et prédites par la loi de gravitation de Newton en stipulant que notre théorie de la gravité n'est pas la bonne est toujours bien vivante! Un article récent compilant des données provenant d'une quarantaine de galaxies montre que MOND s'accorde de manière beaucoup plus satisfaisante à l'expérience que le modèle de matière noire: http://news.sciencemag.org/scienceno...ark-matte.html. Il y a aussi la théorie du fluide noir qui unifie les effets de matière noire et d'énergie noire. Il semblerai d'ailleurs que le concept de fluide noire mène assez naturellement à MOND dans sa description des effets gravitationels à l'echelle des galaxies.
A méditer !

[invite80fcb52e]

Des infos ici:

http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post2685431