matiere noire

[seong]

Bonjour,
Les astronomes emettent l'hypothese de la matiere noire pour expliquer pourquoi les etoiles en peripherie des galaxies tournent à la meme vitesse que les etoiles proche du centre des galaxies : seul un supplement de matiere que nous ne voyons pas pourrait permettre aux etoiles en peripherie de tourner aussi vite sans s'ejecter de la galaxie.

Mais comment placer ces matieres noires de sorte qu'elles puissent justifier la vitesse de rotation des etoiles peripheriques, sans perturber les vitesses conformes actuelles des etoiles proches du centre des galaxies ?
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[Deedee81]

Salut,

Bonjour,
Les astronomes emettent l'hypothese de la matiere noire pour expliquer pourquoi les etoiles en peripherie des galaxies tournent à la meme vitesse que les etoiles proche du centre des galaxies : seul un supplement de matiere que nous ne voyons pas pourrait permettre aux etoiles en peripherie de tourner aussi vite sans s'ejecter de la galaxie.

Mais comment placer ces matieres noires de sorte qu'elles puissent justifier la vitesse de rotation des etoiles peripheriques, sans perturber les vitesses conformes actuelles des etoiles proches du centre des galaxies ?

Si la densité de matière noire est relativement homogène dans le disque, alors la vitesse des étoiles proche du centre serait très peu affectée.

D'une manière générale, on déduit cette courbe de densité de la vitesse des étoiles et de la densité de matière visible.
Regarde ici, par exemple : https://media4.obspm.fr/public/AMC/p...mpression.html
(courbes de densité données à la fin)

[tierri]

Bonjour,
Les astronomes emettent l'hypothese de la matiere noire pour expliquer pourquoi les etoiles en peripherie des galaxies tournent à la meme vitesse que les etoiles proche du centre des galaxies : seul un supplement de matiere que nous ne voyons pas pourrait permettre aux etoiles en peripherie de tourner aussi vite sans s'ejecter de la galaxie.

Mais comment placer ces matieres noires de sorte qu'elles puissent justifier la vitesse de rotation des etoiles peripheriques, sans perturber les vitesses conformes actuelles des etoiles proches du centre des galaxies ?

Il est vrai que l'on nous présente la chose ainsi, mais elle est à mon sens inexacte.
Ce qui est nécessaire pour justifier les observations est une force gravitationnelle que nos connaissances actuelles ne permettent pas d'expliquer, la matière noire n'est qu'une hypothèse que je trouve personnellement peu crédible.

La question posée par seong est très pertinente sans en avoir l'air, répondre à sa question obligera à se demander comment la matière noire peut avoir un effet gravitationnel sans s'effondrer sur elle-même.

[Deedee81]

Bonjour,

Il est vrai que l'on nous présente la chose ainsi, mais elle est à mon sens inexacte.
Ce qui est nécessaire pour justifier les observations est une force gravitationnelle que nos connaissances actuelles ne permettent pas d'expliquer, la matière noire n'est qu'une hypothèse que je trouve personnellement peu crédible.

La matière noire, malgré son nom, n'est pas nécessairement de la matière. Plusieurs hypothèses restent ouvertes. On l'a déjà dit plusieurs fois (aurais-tu des problèmes de mémoire ).

La question posée par seong est très pertinente sans en avoir l'air, répondre à sa question obligera à se demander comment la matière noire peut avoir un effet gravitationnel sans s'effondrer sur elle-même.

Pour la même raison que les planètes ont des effets gravitationnels sans s'effondrer au centre du système solaire. Pour la même raison que les étoiles et le gaz interstellaire ont des effets gravitationnels sans s'effondrer au centre de la galaxie ou sur eux-mêmes. Etc....

Dans le lien donné ci-dessus ils déduisent aussi des observations la vitesse de rotation d'un hypothétique halo de matière noire. Et qui dit rotation, dit "pas d'effondrement".

La conservation du moment angulaire me semble quand même le b.a.ba de la physique. Tu devrais poser les questions et retenir les réponses (peut-être les noter ?) avant de faire des réflexions comme celle-là.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite417be55c]

En fait pour répondre à la question de tierri, et compléter la réponse de deedee, il faut se demander pourquoi un nuage de gaz et de poussière, constitué de matière ordinaire s'effondre ? Et bien facile, en tournant dans le nuage, les molécules s'entrechoquent, se frictionnent, chauffent, et émettent du rayonnement infrarouge, du coup perdent de l'énergie et hop ça continue à s'effondrer pour former des astres compacts, telles que des étoiles, des planètes, etc...

Pour que l'hypothèse matière noire tienne debout, il ne faut pas que ça s'effondre... donc ? Ben il faut que ça interagisse très peu avec la matière (sinon on l'aurait déjà vu), il faut qu'elle interagisse très peu avec elle-même (c'est ce que l'on appelle weakly interactive particles).
Et puis comme ça ne doit pas rayonner de la lumière, ni de l'infrarouge etc... donc... ça doit être des particules neutres.

Ah oui dernière chose... elle doit être stable (pour le moment on a observé que quelques particules stables).

Ca c'est les contraintes, si tu produis une particule de matière noire, qui ne répond pas à tout ça, et ben... a marche pas.

Et puis pour être complet, des arguments de cosmologie (structuration des grandes structures, bottom-up et non un scénario top-down) induisent de la matière noire massive donc froide, ce qui exclut des neutrinos légers. D'où le M pour massive de WIMP.

[tierri]

hehehe, merci Deedee pour ce pain béni, certes je sais bien qu'au bout du compte le paradigme actuel ne s'effondrera pas là-dessus mais je vais pouvoir le chahuter un peu (et Deedee avec).

En fait pour répondre à la question de tierri, et compléter la réponse de deedee, il faut se demander pourquoi un nuage de gaz et de poussière, constitué de matière ordinaire s'effondre ? Et bien facile, en tournant dans le nuage, les molécules s'entrechoquent, se frictionnent, chauffent, et émettent du rayonnement infrarouge, du coup perdent de l'énergie et hop ça continue à s'effondrer pour former des astres compacts, telles que des étoiles, des planètes, etc...

Pour que l'hypothèse matière noire tienne debout, il ne faut pas que ça s'effondre... donc ? Ben il faut que ça interagisse très peu avec la matière (sinon on l'aurait déjà vu), il faut qu'elle interagisse très peu avec elle-même (c'est ce que l'on appelle weakly interactive particles).
Et puis comme ça ne doit pas rayonner de la lumière, ni de l'infrarouge etc... donc... ça doit être des particules neutres.

Ah oui dernière chose... elle doit être stable (pour le moment on a observé que quelques particules stables).

Ca c'est les contraintes, si tu produis une particule de matière noire, qui ne répond pas à tout ça, et ben... a marche pas.

Et puis pour être complet, des arguments de cosmologie (structuration des grandes structures, bottom-up et non un scénario top-down) induisent de la matière noire massive donc froide, ce qui exclut des neutrinos légers. D'où le M pour massive de WIMP.

Oui, bonne analyse, mais une réponse qui ne saurait me satisfaire, de la matière qui interagit sans interagir cela me cause un profond traumatisme.
La raison fondamentale pour laquelle on a besoin de la matière noire est son action gravitationnelle mais elle ne peut exister que si elle est insensible à cette force !

Je sens que l'on va bientôt parler de l'absence de viscosité, un argument dont je me régale à l'avance des attaques que je vais lui faire subir.

[Deedee81]

hehehe, merci Deedee pour ce pain béni, certes je sais bien qu'au bout du compte le paradigme actuel ne s'effondrera pas là-dessus mais je vais pouvoir le chahuter un peu (et Deedee avec).

Si tu arrives à donner un argument valable. Ce serait bien la première fois. Mais je te laisse le bénéfice du doute

de la matière qui interagit sans interagir

Ce n'est pas ce qu'il a dit.

La raison fondamentale pour laquelle on a besoin de la matière noire est son action gravitationnelle mais elle ne peut exister que si elle est insensible à cette force !

Ce n'est pas ce qu'il a dit.

La matière noire, si c'est bien une matière, est sensible à l'interaction gravitationnelle.

D'ailleurs, dans les collisions de galaxie on observe un décalage des halos de matière noire car elle n'a pas de viscosité au même sens que la matière ordinaire.
Elle continue donc sur sa lancée. Elle reste toutefois dans le voisinage car liée par la gravité. Puis subit une ralentissement progressif par un phénomène de viscosité dynamique (due uniquement à l'interaction gravitationnelle, mais beaucoup plus faible que la viscosité ordinaire). Jusqu'à retrouver une banale galaxie avec son halo de matière noire.

J'ai insisté sur "observer" car ce n'est pas sorti de l'imagination des physiciens. C'est ce qui est observé (essentiellement grâces aux effets de microlentilles gravitationnelles puisque qu'on ne peut "voir" la matière noire que via la gravité).

Je sens que l'on va bientôt parler de l'absence de viscosité, un argument dont je me régale à l'avance des attaques que je vais lui faire subir.

Les attaques de tierri. Je me régale d'avance en voyant les absurdités que tu va sortir.

[Deedee81]

viscosité dynamique

On observe aussi ce phénomène avec de très grandes assemblées d'étoiles ayant un mouvement "chaotique" comme dans les amas globulaires.

Pas trouvé d'articles Wikipedia qui explique ce type de viscosité. Si quelqu'un a une référence sur le net, c'est le bienvenu.

Merci d'avance,

[seong]

Salut,
Si la densité de matière noire est relativement homogène dans le disque, alors la vitesse des étoiles proche du centre serait très peu affectée.

D'une manière générale, on déduit cette courbe de densité de la vitesse des étoiles et de la densité de matière visible.
Regarde ici, par exemple : https://media4.obspm.fr/public/AMC/p...mpression.html
(courbes de densité données à la fin)

Pour quelle raison de la matiere noire homogene affecterait seulement les vitesses de rotations des etoiles peripheriques et pas celles proche du centre ?

[Deedee81]

Salut,

Pour quelle raison de la matiere noire homogene affecterait seulement les vitesses de rotations des etoiles peripheriques et pas celles proche du centre ?

C'est une règle générale avec la gravité (d'ailleurs vrai autant en gravité newtonienne qu'en relativité générale).
Si tu as une répartition homogène a symétrie sphérique (ce qui est le cas du halo) alors pour tout objet situé dans une sphère de rayon R autour du centre de masse, tout effet de la gravité de ce qui est en-dehors de cette sphère a un effet nul.

Par exemple pour une planète qui serait formée d'une coquille sphérique dense et homogène, à l'intérieur tout serait en apesanteur.
(à partir un léger effet d'entrainement dû à la rotation, effet issu de la relativité générale).

A noter que c'est vrai de toute interaction en 1/r². Ainsi, si tu as une sphère chargées électriquement, les charges se répartissent de manière homogène sur la surface et dans la sphère il n'y a aucune force électrostatique sur une malheureuse petite charge bien triste qui s'y baladerait toute seule.

C'est une conséquence du théorème de Gauss :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...%C3%A9tisme%29
(là la version EM, mais il y a l'équivalent avec la gravité newtonienne et avec quelques aménagements en relativité générale)

[invite417be55c]

Pour quelle raison de la matiere noire homogene affecterait seulement les vitesses de rotations des etoiles peripheriques et pas celles proche du centre ?

En complément de la réponse de deedee :
En fait, la densité de la matière noire est plus faible que la densité de la matière ordinaire dans le bulbe (bah oui c'est là où la densité des étoiles est la plus élevée).
Donc au centre... l'effet prépondérant c'est la matière visible et pas la matière noire.

Quand tu t'éloignes, la densité de matière ordinaire diminue, mais pas celle de la matière noire (qui diminue sans aucun doute, mais à des échelles de distances bien plus élevées parce qu'elle ne peut s'effondrer), c'est pourquoi son effet est bien plus visible à longue distance.
C'est comme un brouillard... tu vois de près, tu te rends même pas compte qu'il y en a, mais empilé sur des kilomètres... pardon en mètres, tu ne vois pas à plus de 10 ou 20 mètres.

[seong]

En complément de la réponse de deedee :
En fait, la densité de la matière noire est plus faible que la densité de la matière ordinaire dans le bulbe (bah oui c'est là où la densité des étoiles est la plus élevée).
Donc au centre... l'effet prépondérant c'est la matière visible et pas la matière noire.

Quand tu t'éloignes, la densité de matière ordinaire diminue, mais pas celle de la matière noire (qui diminue sans aucun doute, mais à des échelles de distances bien plus élevées parce qu'elle ne peut s'effondrer), c'est pourquoi son effet est bien plus visible à longue distance.
C'est comme un brouillard... tu vois de près, tu te rends même pas compte qu'il y en a, mais empilé sur des kilomètres... pardon en mètres, tu ne vois pas à plus de 10 ou 20 mètres.

Sauf que les astres peripheriques tournent autour du centre de la galaxie et pas autour d'autre chose.
Meme en disant que la densité de la matiere noire serait plus elevé en peripherique qu'au centre, je vois mal comment ces matieres noires peuvent faire accelerer constamment les rotations des astres peripheriques autour du centre des galaxies.
Les matieres noires à la proximité de la peripherique ne peuvent faire constamment accelerer les rotation des astres peripheriques, sans aussi les freiner à d'autres moments de leur position.
Par exemple dans le systeme solaire, Uranus peut etre momentanement accéléré par Neptune si Neptune se trouve momentanement "devant" la trajectoire d'Uranus, mais finit aussi par freiner Uranus quand Uranus passera "devant" Neptune.

[Gilgamesh]

Bonjour,
Les astronomes emettent l'hypothese de la matiere noire pour expliquer pourquoi les etoiles en peripherie des galaxies tournent à la meme vitesse que les etoiles proche du centre des galaxies : seul un supplement de matiere que nous ne voyons pas pourrait permettre aux etoiles en peripherie de tourner aussi vite sans s'ejecter de la galaxie.

Mais comment placer ces matieres noires de sorte qu'elles puissent justifier la vitesse de rotation des etoiles peripheriques, sans perturber les vitesses conformes actuelles des etoiles proches du centre des galaxies ?

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. Mais dans l'ensemble c'est assez correct.

On peut lire aussi ce petit dossier de Richard Taillet ici :

Le "profil" de matière noire dans les galaxies

Sauf que les astres peripheriques tournent autour du centre de la galaxie et pas autour d'autre chose.
Meme en disant que la densité de la matiere noire serait plus elevé en peripherique qu'au centre, je vois mal comment ces matieres noires peuvent faire accelerer constamment les rotations des astres peripheriques autour du centre des galaxies.
Les matieres noires à la proximité de la peripherique ne peuvent faire constamment accelerer les rotation des astres peripheriques, sans aussi les freiner à d'autres moments de leur position.
Par exemple dans le systeme solaire, Uranus peut etre momentanement accéléré par Neptune si Neptune se trouve momentanement "devant" la trajectoire d'Uranus, mais finit aussi par freiner Uranus quand Uranus passera "devant" Neptune.

La gravité, ça ne fonctionne pas comme ça. En un sens, c'est plus simple. Ce qui compte, c'est le potentiel, c'est à dire la profondeur du puits gravitationnel. Plus ce puits est profond, plus la vitesse orbitale est élevée. Reprend le post de DD où il mentionne le théorème de Gauss : dans un milieu homogène à symétrie sphérique une particule-test ne voit que la masse qui se trouve "sous ses pieds" cad la masse comprise dans la sphère de même diamètre que son orbite. C'est ça qui donne la profondeur du puits gravitationnel. Ça marche aussi dans le système solaire : pour calculer la vitesse moyenne orbitale d'une planète extérieure (par exemple Neptune) on va compter la masse du système solaire à l'intérieur de son orbite (donc incluant Uranus). Il est vrai que dans la cas du système solaire, 99,9% de la masse est concentrée dans le Soleil, donc la différence n'est pas significative, mais c'est l'idée.

[invite417be55c]

Oui, bonne analyse, mais une réponse qui ne saurait me satisfaire, de la matière qui interagit sans interagir cela me cause un profond traumatisme.

Ah oui… j’aurais peut-être dû commencer par le début… Je te rappelle comme le dit Deedee que la matière noire doit interagir gravitationnellement, c’est de cette façon qu’elle a été mise en évidence (par Szwicky en premier, Rubin par la suite…).

La raison fondamentale pour laquelle on a besoin de la matière noire est son action gravitationnelle mais elle ne peut exister que si elle est insensible à cette force !

Je n’ai pas dit ça, la matière noire, si elle n’interagit que gravitationnellement… il sera impossible d’en produire en accélérateur, ni d’en observer en détection passive comme avec l’expérience AMS.
C’est pourquoi on postule qu’elle interagit également faiblement. En fait je te rappelle parce que tu sembles l’ignorer les intensités relatives des forces :
- Interaction forte : 1
- Interaction électromagnétique : 10^-2
- Interaction faible : 10^-5
- Gravitationnelle : 10^-42
Cela va de soi que toutes les particules interagissent par rapport à la gravitation…

[tierri]

Bon Deedee, j'aimerais bien quand même quelques explications supplémentaires si t'as 5 minutes !

Si la matière noire (quoi qu'elle soit) est insensible à la gravitation, alors il me semble qu'elle devrait avoir une répartition homogène dans l'espace, et si sa répartition est homogène elle constitue un fond sur lequel la RG peut pleinement s'exprimer, tout ce qu'il y aurait alors à changer pour que la RG soit compatible avec les observations est une constante.
Et si la matière noire est un tant soit peu sensible à la gravitation la question devient : pourquoi ne s'effondre-t-elle pas au sein des galaxies ?

Et puis fondamentalement un élément qui exerce une force sur d'autres sans en subir l'effet en retour cela ne me semble guère compatible avec la physique "classique".

[invite417be55c]

Sauf que les astres peripheriques tournent autour du centre de la galaxie et pas autour d'autre chose.

Ta remarque reste compatible avec ce que j'ai dit.

Meme en disant que la densité de la matiere noire serait plus elevé en peripherique qu'au centre, je vois mal comment ces matieres noires peuvent faire accelerer constamment les rotations des astres peripheriques autour du centre des galaxies.

Ce n'est pas ce que j'ai dit.
J'ai dit que la densité de matière noire est plus faible que la densité de matière ordinaire dans le bulbe.

Cependant, la densité de matière ordinaire chute très vite dans les bras et est quasi nulle en dehors des bras, alors que pour la matière noire, bien que sa densité soit plus faible que celle du bulbe, son effet est prépondérant à grande distance... surtout si c'est une configuration à symétrie sphérique...

Les matieres noires à la proximité de la peripherique ne peuvent faire constamment accelerer les rotation des astres peripheriques, sans aussi les freiner à d'autres moments de leur position.

Non, la matière noire est à symétrie sphérique, pas localisée comme une Neptune. Ce qui compte, c'est la masse contenue dans l'orbite des étoiles de la périphérie, c'est elle qui pilote la vitesse de l'étoile.

La vitesse orbitale est pilotée par : .
Il faut que la masse augmente aussi vite que R pour que la vitesse reste constante.
Dans le bulbe, vu que la densité est constante, la masse augmente en R^3, ce qui explique pourquoi la vitesse augmente (le bulbe tourne comme un solide). Dans les bras, la masse augmente moins vite.

[Gilgamesh]

Bon Deedee, j'aimerais bien quand même quelques explications supplémentaires si t'as 5 minutes !

Si la matière noire (quoi qu'elle soit) est insensible à la gravitation, alors il me semble qu'elle devrait avoir une répartition homogène dans l'espace, et si sa répartition est homogène elle constitue un fond sur lequel la RG peut pleinement s'exprimer, tout ce qu'il y aurait alors à changer pour que la RG soit compatible avec les observations est une constante.
Et si la matière noire est un tant soit peu sensible à la gravitation la question devient : pourquoi ne s'effondre-t-elle pas au sein des galaxies ?

Et puis fondamentalement un élément qui exerce une force sur d'autres sans en subir l'effet en retour cela ne me semble guère compatible avec la physique "classique".

Bon, tierri je te prie de lire attentivement, c'est dit en peu de mots.


1) La matière noire est sensible à la gravitation.

2) Sa répartition n'est pas homogène.

3) Elle s'effondre.


L'effondrement de la matière noire est à l'origine de la formation des grandes structures de l'univers : amas de galaxie, galaxies.

Mais cet effondrement est limité au viriel, s'il n'y a pas de perte d'énergie mécanique, comme mentionné plus haut sur le fil par bongo.

Limité au viriel, j'explique.

Soit E l'énergie totale d'un nuage de matière quelconque. Cette énergie est la somme d'une énergie potentielle de gravitation E_p et d'une énergie cinétique totale E_c (incluant la vitesse orbitale et la température des gaz).

En ordre de grandeur :

E_p ~ - ½GM²/R
E_c ~ ½MV²

avec:
G la cte de gravitation
M la masse du système
V la vitesse orbital de la masse

Pour Ec il faudrait en fait sommer les mv² de toutes les particules du nuage.
Le facteur ½ dans E_p provient du fait que pour un système de particules il faut éviter de compter deux fois l'énergie potentielle associée à un couple.

Le théorème du viriel dit qu'à l'équilibre :

E_p = - 2 E_c

Cela signifie que l'énergie cinétique, cad l'énergie cinétique orbitale s'équilibre avec le potentiel de gravité. L'effondrement s'arrête quand l'équilibre est atteint cad quand :

V² = GM/R

avec la même remarque que précédemment, on fait comme ci il n'y avait qu'une seule masse à une seule vitesse dans le système. Ca te donne un genre de moyenne.

Pour comprendre ça de façon un peu visuelle : jette dans un bol très lisse (le puits de gravité) une poignée de billes parfaitement lisses (la matière noire) et des grains de sable (la matière ordinaire).

Les billes : elles vont osciller dans le bol, et donner une densité moyenne un peu plus forte au fond que sur les bords, mais le diamètre moyen du nuage de bille restera stable au cours du temps. Le diamètre du bol représente la dimension virialisée du nuage de billes : elles ont juste assez d'énergie pour remonter jusqu'au bord, avant de redescendre. Et si tu fais la somme de leur énergie, 2/3 est sous forme d'énergie potentielle (Ep = mgh dans le cas du bol) et 1/3 sous forme d'énergie cinétique (Ec=mv²/2).

Les grains de sable : ils sont pleins d'aspérités, ils perdent de l'énergie mécanique (sous forme essentiellement de rayonnement), et ils vont rapidement former un petit tas au fond du bol (la partie lumineuse de la galaxie).

[inviteefd8627f]

Bon Deedee, j'aimerais bien quand même quelques explications supplémentaires si t'as 5 minutes !

Si la matière noire (quoi qu'elle soit) est insensible à la gravitation, alors il me semble qu'elle devrait avoir une répartition homogène dans l'espace, et si sa répartition est homogène elle constitue un fond sur lequel la RG peut pleinement s'exprimer, tout ce qu'il y aurait alors à changer pour que la RG soit compatible avec les observations est une constante.
Et si la matière noire est un tant soit peu sensible à la gravitation la question devient : pourquoi ne s'effondre-t-elle pas au sein des galaxies ?

Et puis fondamentalement un élément qui exerce une force sur d'autres sans en subir l'effet en retour cela ne me semble guère compatible avec la physique "classique".

Bonjour,
La matière noire subit l'attraction gravitationnelle au même titre qu'elle en génère. Si elle ne s'effondre pas au sein des galaxies, c'est que, comme on te l'a déjà expliqué, elle serait constituée de particules dont la section efficace serait extrêmement faible. Pour qu'il y ait effondrement, il faut interaction, collision, agrégation. La répartition de la MN n'est pas homogène dans l'univers, puisqu'elle subit l'attraction de la matière ordinaire. Mais possible qu'il y ait des galaxies constituées essentiellement de MN.
Quant aux particules telle que: " de la matière qui interagit sans interagir cela me cause un profond traumatisme" , tu dois être traumatisé tous les jours. Parce que tu es traversé à chaque instant par des milliards de particules "qui interagissent sans interagir", on les appelle des neutrinos et leur existence n'est plus hypothétique.

[seong]

La gravité, ça ne fonctionne pas comme ça. En un sens, c'est plus simple. Ce qui compte, c'est le potentiel, c'est à dire la profondeur du puits gravitationnel. Plus ce puits est profond, plus la vitesse orbitale est élevée. Reprend le post de DD où il mentionne le théorème de Gauss : dans un milieu homogène à symétrie sphérique une particule-test ne voit que la masse qui se trouve "sous ses pieds" cad la masse comprise dans la sphère de même diamètre que son orbite. C'est ça qui donne la profondeur du puits gravitationnel. Ça marche aussi dans le système solaire : pour calculer la vitesse moyenne orbitale d'une planète extérieure (par exemple Neptune) on va compter la masse du système solaire à l'intérieur de son orbite (donc incluant Uranus). Il est vrai que dans la cas du système solaire, 99,9% de la masse est concentrée dans le Soleil, donc la différence n'est pas significative, mais c'est l'idée.

et pour une planete interieure on fait comment ?

[Gilgamesh]

et pour une planete interieure on fait comment ?

Tu comptes le Soleil + les planètes plus intérieures qu'elle (s'il y en a).

[seong]

Salut,



C'est une règle générale avec la gravité (d'ailleurs vrai autant en gravité newtonienne qu'en relativité générale).
Si tu as une répartition homogène a symétrie sphérique (ce qui est le cas du halo) alors pour tout objet situé dans une sphère de rayon R autour du centre de masse, tout effet de la gravité de ce qui est en-dehors de cette sphère a un effet nul.

Par exemple pour une planète qui serait formée d'une coquille sphérique dense et homogène, à l'intérieur tout serait en apesanteur.
(à partir un léger effet d'entrainement dû à la rotation, effet issu de la relativité générale).

A noter que c'est vrai de toute interaction en 1/r². Ainsi, si tu as une sphère chargées électriquement, les charges se répartissent de manière homogène sur la surface et dans la sphère il n'y a aucune force électrostatique sur une malheureuse petite charge bien triste qui s'y baladerait toute seule.

C'est une conséquence du théorème de Gauss :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%...%C3%A9tisme%29
(là la version EM, mais il y a l'équivalent avec la gravité newtonienne et avec quelques aménagements en relativité générale)

Interessant ... Mais ce cas resoud le pb de vit de rotation des astres situés juste en peripherique ... pas celles intermediaires se trouvant entre proche du centre et proches de la peripherique qui tournent aussi vite que ceux proches du centre ...

[tierri]

Cette explication Gilgamesh me pose quelques problèmes.

Tu me dis que la répartition de la matière noire n'est pas homogène et qu'on en trouvera donc une plus forte concentration au sein des galaxies ou la gravitation est la plus forte.
Mais alors on retombe sur la question initiale de seong qui suppose que l'on devrait avoir une forte concentration de matière noire au centre de la galaxie ce qui devrait augmenter localement la vitesse de rotation et faire apparaître des différences encore plus grandes, contrairement à ce qui est observé.

La matière noire représenterait 20 % de l'univers et la matière visible 5 %, si elle est plus concentrée au sein des galaxies on devrait pouvoir en observer les effets localement et à notre porte, on détecte les effets attribués à la prétendue matière noire à grande échelle et ils sont importants mais dès que l'on regarde à l'intérieur d'une galaxie on est finalement incapable de détecter quoi que ce soit, cela ne me parait pas cohérent.

[Gilgamesh]

Cette explication Gilgamesh me pose quelques problèmes.

Tu me dis que la répartition de la matière noire n'est pas homogène et qu'on en trouvera donc une plus forte concentration au sein des galaxies ou la gravitation est la plus forte.
Mais alors on retombe sur la question initiale de seong qui suppose que l'on devrait avoir une forte concentration de matière noire au centre de la galaxie ce qui devrait augmenter localement la vitesse de rotation et faire apparaître des différences encore plus grandes, contrairement à ce qui est observé.
La matière noire représenterait 20 % de l'univers et la matière visible 5 %, si elle est plus concentrée au sein des galaxies on devrait pouvoir en observer les effets localement et à notre porte, on détecte les effets attribués à la prétendue matière noire à grande échelle et ils sont importants mais dès que l'on regarde à l'intérieur d'une galaxie on est finalement incapable de détecter quoi que ce soit, cela ne me parait pas cohérent.

Les galaxies sont des îlots de baryons : localement la densité baryonique est très supérieure à celle de a matière noire :

La densité prédite de matière noire dans le système solaire est de l'ordre de 0.3 GeV/cm3.
La densité de matière baryonique dans le volume du disque galactique (diamètre ~ 30 kpc, épaisseur ~ 3 kpc) est de l'ordre de 1000 GeV/cm3.

Même si on augmente d'un facteur dix la quantité de matière noire dans le disque galactique, son influence sur la dynamique stellaire restera négligeable en premier ordre de grandeur.

Maintenant, je prends un halo de diamètre 300 kpc (qqchose estimé à dix diamètres galactiques) et je le remplis de matière noire à la densité de 0.3 GeV/cm3 : j'obtiens une masse totale de matière noire 14 fois supérieure à la matière baryonique (le vrai chiffre doit être de l'ordre de 6, parce que justement la densité est plus forte au centre qu'à la périphérie).

Masse = densité x volume

C'est pas plus compliqué que ça, mais il faut au moins aller jusque là. En science en général, et en astrophysique en particulier, il n'y a aucun jugement à tenir avant d'avoir fait au moins un calcul d'ordre de grandeur.

[Bip]

Tout cela est bien beau et cohérent, mais la détection directe en laboratoire ne donne RIEN DU TOUT.

http://www.futura-sciences.com/magaz...e-noire-49963/

Pourtant ces bolomètres ultra-sensibles ont fait de grands progrès. Alors quoi ?

La nature est contrariante.

[seong]

Tu comptes le Soleil + les planètes plus intérieures qu'elle (s'il y en a).

Dans ce cas il est techniquement possible de placer de la matiere noire en les mettant en densité progressive vers la peripherie (et inversement et proportionnellement à la densité de la matiere ordinaire du centre vers la peripherie) pour que chaque planete du systeme solaire ait une vitesse de revolution identique ...

Il est donc possible de placer de cette maniere (sans forcement en faire un halo) de la matiere noire pour que les astres en peripherie des galaxies tournent à la meme vitesse des astres proche du centre.

Mais une autre question apparait : pourquoi alors la matiere noire affecte seulement les astres des galaxie et pas les planetes du systeme solaire ?

[invite75a796c1]

Bonsoir,

ne serait ce pas une question d'échelle ? La partie de l'intéraction gravitationnelle des planètes avec le Soleil n'est pas affectée mais la partie relative au centre galactique , certainement. On peut pour la première ignorer au premier ordre tout ce qui est extra système et donc on n'a pas , comme pour le second cas, cet effet du à la distance et son contenu.

Gilgamesh, auriez vous svp des liens d'illustrations numériques du calcul avec des hypothèses de densité, pour par exemple une galaxie ? Je sens que c'est plein de contraintes

[Gilgamesh]

Tout cela est bien beau et cohérent, mais la détection directe en laboratoire ne donne RIEN DU TOUT.

http://www.futura-sciences.com/magaz...e-noire-49963/

Pourtant ces bolomètres ultra-sensibles ont fait de grands progrès. Alors quoi ?

La nature est contrariante.

Dans l'hypothèse des wimps, on a une particule qui n'est sensible qu'à la gravité et à l'interaction faible. La section efficace d’interaction (cross section, en anglais) doit donc se comparer à celle des neutrinos, par exemple, ça explique la difficulté de la détection.

la section efficace n'est pas nulle, seulement extrêmement faible. Mais jusqu'à quel point, faible ? C'est la question à un million d'euros (et un prix Nobel), pour l'équipe qui y répond.

Le schéma ci-dessous indique la probabilité des chocs entre les WIMPS et la matière (nucléons), les sections efficaces sont en ordonnées. On exprime souvent les sections efficaces en barn (b)

1b = 10^-24 cm^-2.

Pour détecter la matière noire, on explore des domaines inférieurs au femtobarn (10^-39 cm^-2).

La zone rouge (ruled out) est celle qui a été expérimentalement explorée, sans succès (avec une polémique sur l'expérience CDMS, dont il est question dans l'article). Par exemple pour un WIMP de masse 100 GeV/c², l'expérience est descendue jusqu'à des sections de 10^-45 sans rien trouver. Cela signifie que si un WIMP à 100 GeV existe, sa section efficace d'interaction avec un nucléon doit être inférieure à 10^-45 cm².

La zone bleu foncée est l'espace de paramètres masse du WIMP/section efficace de diffusion avec un nucléon, prédit par la théorie. Ainsi, un WIMP d'une masse de 100 GeV devrait avoir une section efficace de diffusion avec un nucléon d'un ordre de 10^-49 à 10^-43 cm² d'après la théorie.

La zone jaune donne les sections attendues pour un autre processus : la diffusion d'un neutrino avec un nucléon. Le neutrino étant très difficilement détectable, son interaction avec le nucléon peut créer un événement qui nous semblent identiques à celui que produirait l'interaction du noyau avec un WIMP. Donc à des sections efficaces suffisamment basses, les neutrinos vont fausser le comptage en simulant des événements de WIMP, ces faux positifs seraient donc à prendre rigoureusement en compte pour éviter d'annoncer une fausse découverte.

Tant que la zone bleu foncée n'est pas totalement couverte par la zone rouge, le scénario de Generic WIMPS tel que prédit sur ce diagramme n'est pas totalement invalidé (avec des précautions à prendre dans la zone recoupée avec la partie jaune).


source
Simplified plot showing the predicted WIMP-nucleon scattering cross section as a function of WIMP mass. Asymmetric dark matter models (light blue area) predict WIMPs with masses of a few GeV/c²; generic WIMP models (dark blue area) predict larger masses of hundreds of GeV/c² or more. Parts of these parameter regions have been probed and excluded by current experiments (red area). The signal excess of the CDMS experiment points towards relatively light WIMPs (green area). However, the absence of a signal in the LUX experiment is in tension with this result. Most of the expected parameter space could be probed in the near future, until a background from coherent neutrino-nucleus scattering (yellow area) becomes relevant, interfering with possible dark matter signals.

[Gilgamesh]

Dans ce cas il est techniquement possible de placer de la matiere noire en les mettant en densité progressive vers la peripherie (et inversement et proportionnellement à la densité de la matiere ordinaire du centre vers la peripherie) pour que chaque planete du systeme solaire ait une vitesse de revolution identique ...

Il est donc possible de placer de cette maniere (sans forcement en faire un halo) de la matiere noire pour que les astres en peripherie des galaxies tournent à la meme vitesse des astres proche du centre.

Ben pas vraiment. Techniquement et en toutes hypothèses, la matière noire est virialisée, sa densité augmente donc vers le centre.

Mais une autre question apparait : pourquoi alors la matiere noire affecte seulement les astres des galaxie et pas les planetes du systeme solaire ?

Ordre de grandeur, encore une fois...

La densité moyenne de matière baryonique du système solaire en prenant une sphère de rayon l'orbite de Neptune (a = 30 UA) représente quelque 10¹³ fois celle pressentie pour la matière noire.

[seong]

Ben pas vraiment. Techniquement et en toutes hypothèses, la matière noire est virialisée

Ca veut dire quoi virialisé ?

sa densité augmente donc vers le centre.

Alors comment placeriez vous concretement la matiere noire pour qu'elle puisse faire en sorte que les astres tournent autour du centre à la meme vitesse quelle que soit leur distance par rapport au centre ?
Si vous la placez en halo, ça n'a d'effet que juste sur les astres peripheriques et pas ceux intermediaire entre la peripherie et proche du centre, selon la theorie exposée par Deedee.

[Deedee81]

Salut,

Ca veut dire quoi virialisé ?

Tiens, voilà un anglicisme que je ne connaissais pas :
http://dictionary.obspm.fr/?showAll=...=virialization

Je ne sais pas comment le traduire.