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Masse de l'Univers



  1. #1
    Larixd

    Masse de l'Univers


    ------

    Bonjour,
    Ce matin j'ai lu un article disant que des chercheurs estimaient que le nombre de galaxies de l'Univers éteint 10 fois plus nombreuses que l'on croyait.
    Si cela s'avérait, est-ce que ça ne résoudrait pas l'énigme de la masse manquante (donc plus besoin d'avoir recours à la « matière noire » ?
    Merci.

    -----

  2. #2
    Garion

    Re : Masse de l'Univers

    La masse manquante est mesurable à l'intérieur d'une galaxie, donc, a priori, non.

  3. #3
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Masse de l'Univers

    Citation Envoyé par Larixd Voir le message
    Bonjour,
    Ce matin j'ai lu un article disant que des chercheurs estimaient que le nombre de galaxies de l'Univers éteint 10 fois plus nombreuses que l'on croyait.
    Si cela s'avérait, est-ce que ça ne résoudrait pas l'énigme de la masse manquante (donc plus besoin d'avoir recours à la « matière noire » ?
    Merci.
    Les galaxies dont il est questions dans l'études, sont les galaxies du jeune univers. Le modèle hiérarchique propose que les grandes galaxies comme la notre résultent de la fusion de centaines de petites galaxie (de la taille des nuages de Magellan, typiquement). En gros ce que ça dit c'est que ces galaxies naines des origines restent complètement à inventorier, elle ne sont pas assez lumineuses pour apparaître sur les atlas actuels. Et l'étude réalisée entre autre à partir des Hubble Deep Fields permet une meilleur estimation de leur nombre. Rien de véritablement nouveau sous le soleil, si ce n'est que quand on met une estimation derrière, ça fait gagner un ordre de grandeur au total.

    Concernant la matière noire, il faut prendre conscience que le débat est clôt quand à savoir si elle existe ou pas et quelle proportion elle représente dans la masse de l'univers. L'analyse du CMB notamment est très impressionnante de précision sur cet aspect. Et toutes ces simulations ne fonctionnent qu'avec de la matière noire froide (cad constituée de particules massives non relativistes). Meme avec une théorie MOND, on ne peut se passer de cet ingrédient à l'échelle cosmologique. La matière noire froide fait partie du modèle standard et elle est désormais indéboulonnable. Reste à savoir ce que c'est, bien sur
    Parcours Etranges

  4. #4
    Mailou75

    Re : Masse de l'Univers

    Salut,
    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Concernant la matière noire, il faut prendre conscience que le débat est clôt quand à savoir si elle existe ou pas et quelle proportion elle représente dans la masse de l'univers.
    Saurais tu resumer en deux mots ce qui fait qu'indubitablement nos nos formules sont justes et qu'il manque de la matiere, plutot que d'envisager que nos formules soient fausses ?
    Merci
    Dernière modification par Mailou75 ; 14/10/2016 à 23h06.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Masse de l'Univers

    Citation Envoyé par Mailou75 Voir le message
    Salut,

    Saurais tu resumer en deux mots ce qui fait qu'indubitablement nos nos formules sont justes et qu'il manque de la matiere, plutot que d'envisager que nos formules soient fausses ?
    Merci
    J'ai déjà donné deux éléments qui à eux seuls pèsent d"un grand poids dans le débat : le CMB et formation des grandes structures.

    Donc :

    1) la totalité de la courbe du spectre des fluctuations du CMB s'ajuste remarquablement sur un modèle cosmologique avec seulement deux paramètres Λ=0,7 et CDM=0,3. Ci-dessous l'ajustement obtenu avec CDM (trait pointillé) et l'autre obtenu avec MOND-TeVeS (trait plein). On voit qu'à partir du 3e pic de fluctuation, MOND décroche de l'observable.

    2) Il n'y a pas d'alternative théorique pour expliquer la formation des grandes structure de l'univers. Quand on simule l'univers en partant du découplage jusqu'à aujourd'hui, on reproduit très bien sa structure actuel en mettant de la matière noire froide au taux mesuré sur le CMB, et aucun autre modèle (matière noire chaude, tiède, MOND...) ne donne le même résultat.

    3) Le modèle standard des particules est incomplet, et son extension (SUSY) nous offre des candidats possibles pour cette matière noire (neutralino)

    4) La gravité ne pointe pas toujours dans la direction où se trouve la matière (Bullet cluster). Ce fait n'est pris en charge par aucune théorie de gravité modifiée sans matière noire.

    5) en modifiant la dynamique newtonienne on obtient un ajustement en général remarquable avec la courbe de rotation des galaxies. Mais pas de toutes les galaxies (ça ne fonctionne pas pour les naines sphéroïdes) et c'est embêtant.

    6) la théorie modifiée est encore simple en version newtonienne (mais moins simple que Newton, puisqu'il faut rajouter un terme et une constante de l'univers...) mais extrêmement tordue dans sa version relativiste. L'argument de simplicité ne pointe pas dans le sens d'une version modifiée de la théorie.

    Capture du 2016-10-15 10-02-51.png
    Images attachées Images attachées  
    Dernière modification par Gilgamesh ; 15/10/2016 à 12h13.
    Parcours Etranges

  7. #6
    robinheo

    Re : Masse de l'Univers

    L'argument de simplicité ne pointe pas dans le sens d'une version modifiée de la théorie.

  8. #7
    papy-alain

    Re : Masse de l'Univers

    On peut tout de même s'interroger quand on lit ceci :
    L'article renvoie à la publication sur ArXiv, accepté également pour publication dans Physical Review Letters.

    Qu'en pensez vous ?
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  9. #8
    drericsimon

    Re : Masse de l'Univers

    L'article en question montre l'existence d'une corrélation forte entre l'effet attribué à la matière noire et la densité baryonique au sein des galaxies spirales. Les auteurs indiquent plusieurs possibilités à même d'expliquer ce comportement :
    -> le couplage entre la matière noire et la matière baryonique est le résultat final de la formation des galaxies,
    -> La matière noire est le fruit d’une nouvelle physique, où les deux types de matière interagissent l’une sur l’autre, ce pourrait être le cas dans certaines théories notamment où la matière noire se comporte comme un superfluide,
    -> De nouvelles lois dynamiques existent au sein des galaxies en rotation et se substituent au concept de matière noire.

    Mais il existe une autre explication possible, qui n'est pas abordée là, mais qui a été soulevée dans les commentaires de l'article de Ça Se Passe Là-Haut, c'est que ces résultats montrent que l'accélération additionnelle attribuée à la matière noire peut être vue non pas étant dépendante de la densité de baryons, mais dépendante de la vitesse de rotation observée. Un tel phénomène peut être expliqué par un effet gravitomagnétique (effet issu de la Relativité Générale). Voir ici pour plus de détails sur cette idée : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01375966

  10. #9
    papy-alain

    Re : Masse de l'Univers

    La conclusion de S. Le Corre est édifiante :

    <<En fait, le potentiel gravitationnel présenté ici et obtenu à partir de la relativité générale est certainement l'unique solution possible sans modifier les lois dynamiques et sans matière noire. Cette solution a déjà été étudiée avec plusieurs prédictions inattendues qui ont été vérifiées récemment.>>

    Je constate qu'il y a de plus en plus d'astrophysiciens qui doutent de l'existence de la matière noire.
    Le débat est loin d'être clos, car j'ai aussi noté l'échec (jusqu'ici) de montrer l'existence de cette matière non baryonique au LHC.
    S'il devait se confirmer qu'on puisse s'en passer pour expliquer les courbes de rotation des galaxies spirales, cela ne serait pas sans conséquences pour le modèle standard qui devrait être revu en profondeur.
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  11. #10
    pascelus

    Re : Masse de l'Univers

    entre:
    Citation Envoyé par papy-alain Voir le message
    La conclusion de S. Le Corre est édifiante :

    <<En fait, le potentiel gravitationnel présenté ici et obtenu à partir de la relativité générale est certainement l'unique solution possible sans modifier les lois dynamiques et sans matière noire. Cette solution a déjà été étudiée avec plusieurs prédictions inattendues qui ont été vérifiées récemment.>>
    et

    Citation Envoyé par papy-alain Voir le message
    ...S'il devait se confirmer qu'on puisse s'en passer pour expliquer les courbes de rotation des galaxies spirales, cela ne serait pas sans conséquences pour le modèle standard qui devrait être revu en profondeur.
    il me semble qu'au contraire, le modele standard aurait moins besoin d'etre revu. Il serait inutile de chercher des particules inconnues bien étranges non prédites par le modèle standard...
    Dernière modification par pascelus ; 16/10/2016 à 12h54.

  12. #11
    papy-alain

    Re : Masse de l'Univers

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    il me semble qu'au contraire, le modele standard aurait moins besoin d'etre revu. Il serait inutile de chercher des particules inconnues bien étranges non prédites par le modèle standard...
    D'accord, mais le modèle actuel, c'est, grosso modo, 5 % de matière baryonique pour 25 % de matière noire et 70 % d'énergie noire.
    Si tu enlèves la matière noire, que deviennent les autres proportions ?
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  13. #12
    yves95210

    Re : Masse de l'Univers

    Citation Envoyé par drericsimon Voir le message
    L'article en question montre l'existence d'une corrélation forte entre l'effet attribué à la matière noire et la densité baryonique au sein des galaxies spirales. Les auteurs indiquent plusieurs possibilités à même d'expliquer ce comportement :
    -> le couplage entre la matière noire et la matière baryonique est le résultat final de la formation des galaxies,
    -> La matière noire est le fruit d’une nouvelle physique, où les deux types de matière interagissent l’une sur l’autre, ce pourrait être le cas dans certaines théories notamment où la matière noire se comporte comme un superfluide,
    -> De nouvelles lois dynamiques existent au sein des galaxies en rotation et se substituent au concept de matière noire.

    Mais il existe une autre explication possible, qui n'est pas abordée là, mais qui a été soulevée dans les commentaires de l'article de Ça Se Passe Là-Haut, c'est que ces résultats montrent que l'accélération additionnelle attribuée à la matière noire peut être vue non pas étant dépendante de la densité de baryons, mais dépendante de la vitesse de rotation observée. Un tel phénomène peut être expliqué par un effet gravitomagnétique (effet issu de la Relativité Générale). Voir ici pour plus de détails sur cette idée : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01375966
    Bonjour Eric,

    Cet article a déjà donné lieu à de longues discussions, sur ce forum et sur votre blog.
    • D'une part, l'ordre de grandeur du champ gravitomagnétique créé par le déplacement relatif d'un amas par rapport à la galaxie étudiée sont largement surestimés par S. Le Corre. Pour un amas de masse 1044kg, situé à une distance de 107al de la galaxie, et se déplaçant à 1000 km/s par rapport à elle, on obtient un champ gravitomagnétique de l'ordre de 10-23 s-1. Par ailleurs, ce champ aurait un effet inverse (centrifuge / centripète) suivant la localisation des étoiles dans la galaxie et donc le sens de leur vitesse.
    • D'autre part, pour que les champs gravitomagnétiques créés en un point (la galaxie) par les vitesses de déplacement des amas proches se cumulent (son hypothèse) au lieu de se compenser, il faudrait qu'ils soient tous orientés dans le même sens, ce qui ne peut se concevoir que si on observe une rotation globale des masses de matière entourant la galaxie. Pourrait-il s'agir d'une rotation du superamas ? J'avais trouvé une publication de G. de Vaucouleurs de 1958 allant dans ce sens, mais aucune observation plus récente ne semble le confirmer (du moins mes recherches ne m'ont pas permis de trouver d'autres publications allant dans le même sens).
    • Enfin, il faudrait vraiment une grosse coïncidence pour que les valeurs du champ gravitomagnétique obtenu soient les mêmes (à un facteur 2 près) pour toutes les galaxies étudiées - à moins là encore que celles-ci se situent toutes dans la même grande structure (superamas), elle-même en rotation.

  14. #13
    pascelus

    Re : Masse de l'Univers

    Citation Envoyé par papy-alain Voir le message
    D'accord, mais le modèle actuel, c'est, grosso modo, 5 % de matière baryonique pour 25 % de matière noire et 70 % d'énergie noire.
    Si tu enlèves la matière noire, que deviennent les autres proportions ?
    Il suffit de "remplacer" les 25% de matière noire par cette énergie "gravitique" dans les memes proportions. Matière ou énergie sont bien la meme chose surtout au vu des effets observés ("force centripete" sur les galaxies, effet de lentille gravitationnelle, proportion respectée avec la matière baryonique et quasiment aucune autre interaction que la gravité...)

    Reste à voir si, comme le dit Yves, une telle énergie est possiblement générée? Mais j'avais cru comprendre que cet effet ne serait pas issu des amas extérieurs aux galaxies sur lesquelles il s'appliquerait, mais de la rotation de la masse galactique elle meme ?

  15. #14
    yves95210

    Re : Masse de l'Univers

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    Il suffit de "remplacer" les 25% de matière noire par cette énergie "gravitique" dans les memes proportions. Matière ou énergie sont bien la meme chose surtout au vu des effets observés ("force centripete" sur les galaxies, effet de lentille gravitationnelle, proportion respectée avec la matière baryonique et quasiment aucune autre interaction que la gravité...)
    Ce "il suffit" n'est pas si simple. Comment répondre aux questions posées par les observations suivantes :
    - amplitude des fluctuations du CMB;
    - le fameux "Bullet Cluster" (résultat de la collision de deux amas, dont l'effet de lentille gravitationnelle fait apparaître une distribution de masse décalée par rapport à celle de la matière "visible")
    Reste à voir si, comme le dit Yves, une telle énergie est possiblement générée? Mais j'avais cru comprendre que cet effet ne serait pas issu des amas extérieurs aux galaxies sur lesquelles il s'appliquerait, mais de la rotation de la masse galactique elle meme ?
    Dans l'article cité par Eric Simon, l'auteur (S. Le Corre) excluait lui-même cette hypothèse du fait de l'ordre de grandeur très insuffisant du champ gravitomagnétique généré par la rotation de la galaxie. J'ai refait le calcul en tenant compte des dernières observations conduisant à réestimer à la hausse la masse du halo de gaz chaud de la Voie Lactée, et j'arrive encore à un résultat de l'ordre de 10-23 s-1, très inférieur à celui du champ GM qui, selon S. Le Corre, pourrait expliquer les courbes de rotation des galaxies (~10-16,5).

  16. #15
    drericsimon

    Re : Masse de l'Univers

    Bonsoir Yves,

    Je dois vous dire que vous faites erreur quand vous cherchez à évaluer la valeur du vecteur k0. Celui-ci n'est pas issu d'un amas de galaxies qui serait situé à une distance de 10 millions d'AL, mais produit par le cluster dans lequel se trouve la galaxie elle-même, ainsi que des quelques amas les plus proches. Je vous invite à relire attentivement le papier de Le Corre de 2015 (page 13) : https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1503/1503.07440.pdf.
    Pour situer quelles sont les galaxies qu'a étudiées Stéphane Le Corre, il y en a 16, la plus proche se trouve à 0,77 Mpc (M31) et la plus lointaine se trouve à 18 Mpc (NGC 5033), ce qui veut dire qu'elles se trouvent toutes dans le superamas de Virgo, soit dans l'amas de Virgo, soit dans les amas voisins...
    D'autre part, l'effet du champ gravitique est toujours centripète dans une galaxie. Là encore, je ne peux que vous renvoyer vers le papier qui explique très clairement les choses.

  17. #16
    yves95210

    Re : Masse de l'Univers

    Bonsoir Eric,

    Je peux vous rassurer, j'ai bien lu et relu (même si pas récemment) l'article de S. Le Corre.
    C'est bien parce qu'il évoque le champ gravitomagnétique créé par le déplacement des amas proches que j'ai pris comme exemple une distance de 10 millions d'al. Même si on prend 5 milllions, ça ne change pas grand chose en termes d'ordres de grandeur.
    Quant au champ GM de l'amas dans lequel est situé la galaxie, Le Corre excluait lui-même que son ordre de grandeur soit suffisant (et encore, je ne suis pas d'accord avec son calcul, qui supposerait une distribution des vitesses particulière au sein de l'amas). C'est pour cela qu'il avait besoin de cumuler les champs GM créés par les mouvements des amas voisins pour arriver à un ordre de grandeur compatible avec l'accélération centripète déduite de la vitesse de rotation des étoiles de la galaxie. Mais à mon avis son calcul est erroné (cf. mon message précédent).
    Et, non, le champ GM généré par une structure externe à la galaxie ne produit pas toujours une accélération centripète dans celle-ci. Cela dépend de son orientation, et donc du sens de déplacement (translation ou rotation) de cette structure par rapport à la galaxie.

  18. #17
    drericsimon

    Re : Masse de l'Univers

    La distribution des vitesses de matière au sein d'un amas n'est pas très bien connue. On ne peut pas exclure qu'une rotation à grande échelle existe, ce serait d'ailleurs assez logique. Ok, le champ k externe peut être inverse par rapport au vecteur de spin d'une galaxie, mais dans ce cas, la galaxie est disloquée depuis longtemps par la force gravitique centrifuge. Pour ce qui reste de ces galaxies, le k0 n'agit plus... Il a deplété la galaxie jusqu'à un rayon ou le champ interne k1 domine sur k0. On peut donc dire que k0 est toujours centripète sur les galaxies actuelles.

  19. #18
    yves95210

    Re : Masse de l'Univers

    Citation Envoyé par drericsimon Voir le message
    La distribution des vitesses de matière au sein d'un amas n'est pas très bien connue. On ne peut pas exclure qu'une rotation à grande échelle existe, ce serait d'ailleurs assez logique. Ok, le champ k externe peut être inverse par rapport au vecteur de spin d'une galaxie, mais dans ce cas, la galaxie est disloquée depuis longtemps par la force gravitique centrifuge. Pour ce qui reste de ces galaxies, le k0 n'agit plus... Il a deplété la galaxie jusqu'à un rayon ou le champ interne k1 domine sur k0. On peut donc dire que k0 est toujours centripète sur les galaxies actuelles.
    Tout ceci sous réserve que l'ordre de grandeur des champs gravitomagnétiques en question ne soit pas négligeable par rapport à celui du champ gravitationnel. C'est bien avec ça que j'ai un problème...

  20. #19
    yves95210

    Re : Masse de l'Univers

    Bonjour Eric,

    Je m'aperçois que j'ai dit une bêtise dans mon premier message (ça se voit que je n'avais plus réfléchi à ce sujet depuis longtemps...):
    Citation Envoyé par yves95210 Voir le message
    D'une part, l'ordre de grandeur du champ gravitomagnétique créé par le déplacement relatif d'un amas par rapport à la galaxie étudiée sont largement surestimés par S. Le Corre. Pour un amas de masse 1044kg, situé à une distance de 107al de la galaxie, et se déplaçant à 1000 km/s par rapport à elle, on obtient un champ gravitomagnétique de l'ordre de 10-23 s-1. Par ailleurs, ce champ aurait un effet inverse (centrifuge / centripète) suivant la localisation des étoiles dans la galaxie et donc le sens de leur vitesse.
    Cette dernière phrase est évidemment fausse. Le produit vectoriel du vecteur vitesse avec le vecteur champ GM donne bien une accélération, soit toujours centrifuge, soit toujours centripète, pour l'ensemble des masses en rotation (dans le même sens) dans la galaxie.

    Vous avez donc raison, du moins en complétant la phrase ci-dessous :
    Citation Envoyé par drericsimon Voir le message
    D'autre part, l'effet du champ gravitique est toujours centripète dans une galaxie. Là encore, je ne peux que vous renvoyer vers le papier qui explique très clairement les choses.
    par l'explication que vous donnez plus loin :
    le champ k externe peut être inverse par rapport au vecteur de spin d'une galaxie, mais dans ce cas, la galaxie est disloquée depuis longtemps par la force gravitique centrifuge. Pour ce qui reste de ces galaxies, le k0 n'agit plus... Il a deplété la galaxie jusqu'à un rayon ou le champ interne k1 domine sur k0. On peut donc dire que k0 est toujours centripète sur les galaxies actuelles.
    Explication qui pourrait être valable si l'ordre de grandeur du champ gravitomagnétique est celui estimé par S. Le Corre - donc suffisant pour que l'accélération centripète due à ce champ domine l'accélération gravitationnelle au-delà d'une certaine distance au centre de la galaxie.
    Mais cela ne retire rien au doute que j'ai à propos de cette estimation d'ordre de grandeur.

    Coridalement,
    Yves

  21. #20
    drericsimon

    Re : Masse de l'Univers

    Pour faire suite à cette discussion, je viens de trouver un article très récent très intéressant sur la rotation des clusters de galaxies (en preprint, soumis à MNRAS): https://arxiv.org/pdf/1604.06256v2.pdf
    On y voit qu'une bonne proportion des amas observés sont en rotation et qu'il existe une certaine préférence dans leur sens de rotation, mais pas reconnue significative par manque de statistique.
    Reste à voir si des amas physiquement voisins exhibent un sens de rotation similaire. Ce papier va probablement fortement intéresser Stéphane Le Corre ...

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