Répartition de la matière noire.

[papy-alain]

Le rapport Masse/Luminosité n'est pas défini a priori. Il se mesure à l'aide de la distribution des vitesses (en se basant sur le théorème du viriel).

Cette mesure de masse inclut elle la masse totale, matière noire incluse ?
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[Gilgamesh]

Cette mesure de masse inclut elle la masse totale, matière noire incluse ?

Oui, bien sûr.

[papy-alain]

Oui, bien sûr.

Et comment fait on pour distinguer la part de matière baryonique et la part de matière noire ?

[Nicophil]

(en se basant sur le théorème du viriel).

C'est là qu'est l'os !

[Gilgamesh]

Et comment fait on pour distinguer la part de matière baryonique et la part de matière noire ?

Pour estimer la matière baryonique on va se servir des modèles d'évolution stellaire qui donnent en une relation stellaire M/L dépendant de la masse. On détecte également les gaz en émission : raie à 21 cm de l'hydrogène neutre, raies CO pour l'hydrogène moléculaire, régions HII de formations stellaires, émission X du gaz chaud d'amas, observation des raies en absorption (forêt Lyman alpha) dans le spectre des quasars qui donne une idée de la démographie des nuage de gaz dans l'axe de visée... Les objets baryoniques non émissifs ont fait l'objet d'une étude indépendante dans le halo de notre galaxie (expérience de microlentille MACHO). Pour les résidus compacts on peut aussi estimer leur masse à partir des modèles d'évolution stellaires (y compris la Population III). Les planètes représentent une masse négligeable (moins du millième de la masse stellaire) Pour les SMBH on dispose de mesures basés sur les courbes de vitesse au centre des galaxie, ou sur la relation de Eddington (luminosité limite, fonction de la masse) pour les coeurs actifs (AGN).

Ça pour une démarche bottom-up : on compte chaque élément séparément et on fait le total.

On dispose également d'une méthode top-down, plus puissante, basé sur les modèles de nucléosynthèse primordiale. Cela donne un rapport photon/baryon qu'il est facile de transformer en masse baryonique puisqu'on mesure précisément la densité de rayonnement de l'univers. On peut rajouter aussi sur l'observation des oscillations acoustique baryoniques sur le CMB.

C'est la cohérence résultant de toute ces mesures qui permet de dire que la matière baryonique ne peut expliquer l'essentiel de la masse de l'univers.

[papy-alain]

Merci de toutes ces précisions, Gilgamesh. Pour tout comprendre cela va me prendre du temps pour décortiquer tout cela.
Je reviens brièvement à ma question initiale.
Le halo de MN entourant la galaxie doit il être vu comme une sphère creuse ou, au contraire, cette matière noire se trouve-t-elle partout dans la galaxie ?

[Gilgamesh]

Merci de toutes ces précisions, Gilgamesh. Pour tout comprendre cela va me prendre du temps pour décortiquer tout cela.
Je reviens brièvement à ma question initiale.
Le halo de MN entourant la galaxie doit il être vu comme une sphère creuse ou, au contraire, cette matière noire se trouve-t-elle partout dans la galaxie ?

Elle est partout dans la galaxie, et plus dense au centre. Le profil standard de densité du halo ρ(r) est celui de Navarro, Frenk & White (1996) ou NFW profile:



Avec :
ρ₀ une densité critique,
r_s le rayon caractéristique
qui doivent être paramétrés pour chaque halo.

Le modèle ainsi obtenu n'est pas sans reproche. Ça donne une répartition en générale trop "piquée" au centre (pour r=0 on a une singularité) qui ne correspond pas à beaucoup de profil, faut souvent raboter un peu. Ça donne également un moment angulaire en général un peu trop faible. Nonobstant c'est globalement assez correct.

D'autres modèles ici : Dark Matter in Galaxies et ci-dessous quelques exemples des différents profils obtenus (source).
Different profiles for the DM halo shape function. It is evident the cuspy behaviour of NFW profile, while both Isothermal and Burkert profiles show a constant central density profile.

[pascelus]

Elle est partout dans la galaxie, et plus dense au centre.

Des études (B Famey) donnent une corrélation inverse entre la densité de matière visible / matière noire à l'intérieur d'un rayon caractéristique. Du moins c'est ce que décrit cet article de PLS en 2009 http://www.pourlascience.fr/ewb_page...xies-23599.php.

Il conclut aussi ceci: "Comment expliquer que deux galaxies de même taille, mais nées dans un cas de la fusion de nombreuses petites galaxies possédant chacune 99 pour cent de matière noire, et dans l'autre cas de fusions moins nombreuses de plus grandes galaxies comportant une proportion moins élevée de matière noire, le rapport entre la matière visible et la matière noire à l’intérieur du rayon caractéristique soit identique ?"... Un argument plutôt en faveur de MOND au détriment de la "matière noire".

[papy-alain]

La matière noire froide fait quand même consensus aujourd'hui.

Un argument plutôt en faveur de MOND au détriment de la "matière noire".

[papy-alain]

Des études (B Famey) donnent une corrélation inverse entre la densité de matière visible / matière noire à l'intérieur d'un rayon caractéristique. Du moins c'est ce que décrit cet article de PLS en 2009 http://www.pourlascience.fr/ewb_page...xies-23599.php.

Il conclut aussi ceci: "Comment expliquer que deux galaxies de même taille, mais nées dans un cas de la fusion de nombreuses petites galaxies possédant chacune 99 pour cent de matière noire, et dans l'autre cas de fusions moins nombreuses de plus grandes galaxies comportant une proportion moins élevée de matière noire, le rapport entre la matière visible et la matière noire à l’intérieur du rayon caractéristique soit identique ?"... Un argument plutôt en faveur de MOND au détriment de la "matière noire".

Cet article a-t-il été publié sur arXiv ? A-t-il fait l'objet de critiques relatives, par exemple, aux mesures effectuées et à leur interprétation ?
Sinon, je trouve intéressante cette confrontation entre partisans et défenseurs de chaque théorie, car cela oblige à toujours pousser les recherches plus avant, pour déterminer le vainqueur du match.

[pascelus]

Cet article a-t-il été publié sur arXiv ?

http://arxiv.org/abs/0909.5203

A-t-il fait l'objet de critiques relatives, par exemple, aux mesures effectuées et à leur interprétation ?
Sinon, je trouve intéressante cette confrontation entre partisans et défenseurs de chaque théorie, car cela oblige à toujours pousser les recherches plus avant, pour déterminer le vainqueur du match.

Je n'en sais pas plus sur les suites, mais en tout cas il n'y a pas de "match", juste de la recherche scientifique.

[papy-alain]

http://arxiv.org/abs/0909.5203

Je n'en sais pas plus sur les suites, mais en tout cas il n'y a pas de "match", juste de la recherche scientifique.

Merci pour le lien.
Bien sûr, on n'est pas sur un ring et chacun avance ses arguments dans l'intérêt de tous.

[papy-alain]

Puisque la théorie de la matière noire prévoit sa présence dans toute la galaxie, cela implique également une interaction gravitationnelle de celle-ci dans le système solaire. Or, on ne constate rien de tel : l'orbite des planètes est conforme à la gravitation Newtonienne, mise à part la précession du périhélie de Mercure qui relève de la RG. Quelle en est l'explication ?

[pascelus]

Puisque la théorie de la matière noire prévoit sa présence dans toute la galaxie, cela implique également une interaction gravitationnelle de celle-ci dans le système solaire. Or, on ne constate rien de tel : l'orbite des planètes est conforme à la gravitation Newtonienne, mise à part la précession du périhélie de Mercure qui relève de la RG. Quelle en est l'explication ?

J'avais déjà posé une question similaire (http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5158828) et Gilgamesh m'avait répondu que c'est juste un effet de densité négligeable et quasiment impossible à mesurer à l'échelle de notre système solaire.

[papy-alain]

J'avais déjà posé une question similaire (http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5158828) et Gilgamesh m'avait répondu que c'est juste un effet de densité négligeable et quasiment impossible à mesurer à l'échelle de notre système solaire.

Oui, et il est vrai que même si la MN était abondante dans la région du système solaire, ça ne ferait aucune différence vu sa répartition homogène (pas d'effet de marée).

En relisant attentivement l'article auquel tu fais référence plus haut, on constate que plus une galaxie est petite, plus le rapport MN / matière baryonique est important : jusque 99 % pour les petites galaxies naines. Ca aussi, c'est étrange, non ?

[pascelus]

Oui, et il est vrai que même si la MN était abondante dans la région du système solaire, ça ne ferait aucune différence vu sa répartition homogène (pas d'effet de marée).

Répartition homogène.... en théorie... Il semblerait qu'il puisse (doive) exister "des grumeaux" de matière noire http://lapth.cnrs.fr/pg-nomin/taille...d_grumeaux.php !

En relisant attentivement l'article auquel tu fais référence plus haut, on constate que plus une galaxie est petite, plus le rapport MN / matière baryonique est important : jusque 99 % pour les petites galaxies naines. Ca aussi, c'est étrange, non ?

Oui c'est très curieux mais je ne suis pas sur que le champ exploratoire de ces répartitions MN/baryonique dans les galaxies soit encore suffisant pour en tirer une conclusion. Il me semble que l'équipe de B Famey avait étudié 28 galaxies proches de nous pour cet article. De plus il date de 2009, peut etre quelqu'un à t'il plus d'infos depuis 6 ans?

[Gilgamesh]

En relisant attentivement l'article auquel tu fais référence plus haut, on constate que plus une galaxie est petite, plus le rapport MN / matière baryonique est important : jusque 99 % pour les petites galaxies naines. Ca aussi, c'est étrange, non ?

C'est une piste possible pour résoudre le problème des galaxies naines. Les scénarios de formation de galaxies avec matière noire indique que le nombre de galaxies naines devrait être un ou deux ordres de grandeur supérieur à ce qui est observé (~ 500 galaxies naines pour notre galaxie, contre ~11 relevé et 38 dans le Groupe Local). Il est possible d'inférer que la matière noire a formé des globules de masse suffisante, mais que tous les globules ne seraient pas remplis de matière baryonique. Et dans ce cas, il est assez logique de penser que les globules le plus faiblement pourvu, cad les galaxies naines, aient un ratio matière noire/matière baryonique (et donc un ratio masse totale/masse lumineuse) plus élevé que les grandes galaxies.

[papy-alain]

C'est une piste possible pour résoudre le problème des galaxies naines. Les scénarios de formation de galaxies avec matière noire indique que le nombre de galaxies naines devrait être un ou deux ordres de grandeur supérieur à ce qui est observé (~ 500 galaxies naines pour notre galaxie, contre ~11 relevé et 38 dans le Groupe Local). Il est possible d'inférer que la matière noire a formé des globules de masse suffisante, mais que tous les globules ne seraient pas remplis de matière baryonique. Et dans ce cas, il est assez logique de penser que les globules le plus faiblement pourvu, cad les galaxies naines, aient un ratio matière noire/matière baryonique (et donc un ratio masse totale/masse lumineuse) plus élevé que les grandes galaxies.

Ben oui, mais selon cet article, quand deux ou plusieurs petites galaxies fusionnent pour en former une plus grande, cela modifie le rapport MN / matière baryonique, un peu comme s'il existait une interaction interdisant une trop grande concentration de MN au sein d'un espace trop restreint. Je suppose qu'on n'a aucune explication pour cela ?
Par ailleurs, je me pose la même question que Pascelus : y a-t-il eu un prolongement expérimental à cette découverte ? A-t-on mis en place un programme de recherche élargissant l'observation à un plus grand nombre de galaxies ? Les conclusions de cette étude sont elles toujours valables aujourd'hui ?

[Gilgamesh]

Ben oui, mais selon cet article

Dans quel article exactement ?

[papy-alain]

Dans quel article exactement ?

http://www.pourlascience.fr/ewb_page...xies-23599.php

[Gilgamesh]

D'accord. Donc, effectivement il reste pas mal de questions à déblayer pour comprendre la structuration de l'univers par la matière noire, et sa répartition à petite échelle.

Cet article de synthèse de 2014 montre que le débat est toujours ouvert.

Cold dark matter: Controversies on small scales

[papy-alain]

A la lecture de l'article, on se rend compte à quel point le problème est complexe. Mais la conclusion est édifiante : on cherche maintenant à valider l'existence de petits subhalos de MN à l'intérieur de halos plus importants. Ca me fait penser à du bricolage et ça ne répond pas à la question de la disparition mystérieuse de MN lors de la fusion de petites galaxies.
On n'est pas prêts de voir le bout du tunnel...

[Gilgamesh]

A la lecture de l'article, on se rend compte à quel point le problème est complexe. Mais la conclusion est édifiante : on cherche maintenant à valider l'existence de petits subhalos de MN à l'intérieur de halos plus importants. Ca me fait penser à du bricolage et ça ne répond pas à la question de la disparition mystérieuse de MN lors de la fusion de petites galaxies.
On n'est pas prêts de voir le bout du tunnel...

Je ne vois pas pourquoi l'hypothèse d'une répartition simple de la matière noire serait plus recevable que celle d'une structuration complexe. Enfin, si, ça pourrait être un nid d'hypothèse ad hoc, pour sauver le modèle. Mais en l'occurrence, ce sont des observations qui induisent l'hypothèse (effet de lentille gravitationnel et perturbation gravitationnelle des ponts de matière entre galaxies).

[Deedee81]

Salut,

On n'est pas prêts de voir le bout du tunnel...

C'est difficile de voir le bout lorsque le tunnel est remplit de matière noire.

[papy-alain]

Je ne vois pas pourquoi l'hypothèse d'une répartition simple de la matière noire serait plus recevable que celle d'une structuration complexe. Enfin, si, ça pourrait être un nid d'hypothèse ad hoc, pour sauver le modèle. Mais en l'occurrence, ce sont des observations qui induisent l'hypothèse (effet de lentille gravitationnel et perturbation gravitationnelle des ponts de matière entre galaxies).

Parce qu'on s'éloigne beaucoup trop du rasoir d'Ockham. Et quand tu dis "sauver le modèle", c'est bien là le problème. On ne pourra sans doute jamais le valider sans observation directe de la MN elle-même, ce qui ne sera sans doute jamais le cas.
Les observations de lentille gravitationnelle peuvent tout aussi bien indiquer la présence de MN, tout comme un aspect méconnu de la gravitation, comme MOND. Il sera difficile de trancher.

Noooon, reste avec nous, Deedee.

[Nicophil]

C'est difficile de voir le bout lorsque le tunnel est remplit de matière noire.

Mouais, on ne sait pas si la matière noire est de la matière invisible directement, mais en tout cas elle n'est pas noire : elle est transparente !
https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_noire

[Deedee81]

Mouais, on ne sait pas si la matière noire est de la matière invisible directement, mais en tout cas elle n'est pas noire : elle est transparente !

Bah, le Soleil aussi c'est un corps noir.

[Gilgamesh]

Parce qu'on s'éloigne beaucoup trop du rasoir d'Ockham.

Le rasoir d'Ockham ne commande pas de faire l'hypothèse que la Nature est simple. Il dit qu'il ne faut pas multiplier les hypothèses sans nécessité. En l'occurrence avec la matière noire on est dans une situation où au niveau cosmologique, à grande échelle, on est obligé d'introduire ce composant, et on observe également ses effets au niveau galactique. Donc la nécessité est là. Il est dès lors légitime de "sculpter" la théorie pour qu'elle reproduise le réel dans ses détails fins.

[noir_ecaille]

Pour paraphraser Gilgamesh sur le rasoir d'Occam : quand deux modèles sont équi-explicatifs (= expliquent la même chose avec le même degré de précision), on se sert du modèle le plus simple à utiliser.

Par exemple : avoir des unités de mesure "qui rétrécissent" dans un univers statique, c'est plus compliqué à utiliser qu'un set d'unités fixes pour un univers en expansion.

[papy-alain]

Le rasoir d'Ockham ne commande pas de faire l'hypothèse que la Nature est simple. Il dit qu'il ne faut pas multiplier les hypothèses sans nécessité. En l'occurrence avec la matière noire on est dans une situation où au niveau cosmologique, à grande échelle, on est obligé d'introduire ce composant, et on observe également ses effets au niveau galactique. Donc la nécessité est là. Il est dès lors légitime de "sculpter" la théorie pour qu'elle reproduise le réel dans ses détails fins.

Tout à fait d'accord. Mais les contraintes découlant de l'observation ne nécessitent pas obligatoirement qu'il s'agisse bien de matière noire. Il peut s'agir d'un autre phénomène produisant les mêmes effets. Dans l'état actuel des connaissances, on ne peut rien exclure. Et il se pourrait bien qu'à terme, MOND apparaisse plus évident. Mais ça, on ne le saura peut être que dans dix ou vingt ans (vision optimiste).