MATIÈRE NOIRE et TROU NOIR

[invite779f1e36]

Bonjour chers amis chez FS.

Pourriez-vous m'éclaircir sur ce qui suit ?

Un corps noir est un corps qui absorbe tout rayonnement extérieur qui tombe sur lui et n'émet que son propre rayonnement.

Et maintenant, la MATIÈRE NOIRE émet-elle aussi son propre rayonnement, absorbant tout autre rayonnement qui lui vient de l'extérieur ?

Et puisque le trou noir aussi absorbe tout, mais quand même émet quelques rayonnements à lui,...

1) ...Quel est alors le lien entre le TROU NOIR et la MATIÈRE NOIRE ?

2) Et accessoirement, quel est le lien entre MATIÈRE NOIRE et CORDE ?

3) Et en passant, a-t-on déjà une idée sur la nature ou la composition de la MATIÈRE NOIRE ?

Merci d'avance pour votre considération.
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[Deedee81]

Salut,

Pourriez-vous m'éclaircir sur ce qui suit ?
Un corps noir est un corps qui absorbe tout rayonnement extérieur qui tombe sur lui et n'émet que son propre rayonnement.
Et maintenant, la MATIÈRE NOIRE émet-elle aussi son propre rayonnement, absorbant tout autre rayonnement qui lui vient de l'extérieur ?

Non, la matière noire n'absorbe aucun rayonnement (ou si peu que c'est indétectable).

1) ...Quel est alors le lien entre le TROU NOIR et la MATIÈRE NOIRE ?

Aucun a priori.

On s'est demandé à une époque si la matière noire n'était pas constitué de très nombreux mini trous noirs. Ca fait partie de la classe des MACHOS (objets massifs compacts). Une recherche systématique a montré que ce n'était pas la bonne idée.

2) Et accessoirement, quel est le lien entre MATIÈRE NOIRE et CORDE ?

La théorie des cordes prédit beaucoup de particules "exotiques", déjà rien qu'avec la supersymétrie. Et la matière noire pourrait être composée de particules exotiques.

3) Et en passant, a-t-on déjà une idée sur la nature ou la composition de la MATIÈRE NOIRE ?

On a pu restreindre fortement ses propriétés. Mais ça reste encore très mystérieux.

[Gilgamesh]

Bonjour chers amis chez FS.

Pourriez-vous m'éclaircir sur ce qui suit ?

Un corps noir est un corps qui absorbe tout rayonnement extérieur qui tombe sur lui et n'émet que son propre rayonnement.

Et maintenant, la MATIÈRE NOIRE émet-elle aussi son propre rayonnement, absorbant tout autre rayonnement qui lui vient de l'extérieur ?

Non, si elle interagissait avec le rayonnement (par absorption) elle serait détectable de ce fait.
D'aucun ont remarqué qu'il aurait été plus judicieux de la qualifier de transparente, plutôt que noire.

Et puisque le trou noir aussi absorbe tout, mais quand même émet quelques rayonnements à lui,...

1) ...Quel est alors le lien entre le TROU NOIR et la MATIÈRE NOIRE ?

Aucun. Ce ce deux concepts tout à fait distincts.

2) Et accessoirement, quel est le lien entre MATIÈRE NOIRE et CORDE ?

Si la théorie des cordes est correcte, alors la matière doit être formée ultimement de corde, comme le reste de la matière.

3) Et en passant, a-t-on déjà une idée sur la nature ou la composition de la MATIÈRE NOIRE ?

Il y a beaucoup d'idées, reste à savoir si l'une d'elle est bonne, et laquelle.

On nomme génériquement WIMPs (pour Weakly Interacting Massive Particles : particule massive faiblement intéractive) les candidats matière noire froide.

Le candidat-phare est ce que l'on suppose être la LSP (pour lightest supersymmetric particle, la particule supersymétrique la plus légère). La supersymétrie forme une famille d'extension du modèle standard des particules élémentaires, qui prédit l'existence d'un nombre quantique supplémentaire devant être conservé dans l'univers, le nombre de R-parité. La LSP serait le produit ultime de la désintégration des particules supersymétriques plus massives (comme le photon, l'électron, les quark u et d le sont de ce côté-ci de la supersymétrie) et serait protégé d'une désintégration en particule encore moins massive par son nombre de R-parité. Elle serait de plus neutre en terme de couleur (insensible à l’interaction forte) et de charge électrique (insensible à l'interaction électromagnétique) et donc uniquement sensible à l'interaction faible. Cette LSP est en général (en fonction des modèles), le neutralino, une combinaison de superparticules : du photino (partenaire du photon), du zino (partenaire du boson Z neutre) et des higgsinos (partenaires des bosons de Higgs). Les mesures récentes au CERN indiquent que sa masse est supérieure à 46 GeV. La LSP pourrait également être un sneutrino ou un gravitino (dans le cadre de certaines théories pour lesquelles la brisure de supersymétrie se fait par médiation de jauge).

Pas mal d'expériences essayent de dénicher la bestiole, soit dans les expériences du LHC soit dans les détecteurs enterrés (LUX, EDELWEISS).

On envisage aussi un neutrino d'hélicité droite très massif (d'autant plus massif que le neutrino observé, d'hélicité gauche, est léger), le neutrino stérile, qui pourrait être situé n'importe où, entre 1 eV et 1¹⁵ GeV

Comme alternatives aux WIMPs, on a :

* Les axions, particule hypothétique née d'une sombre histoire de violation de la symétrie CP en chromodynamique quantique. Ils sont supposée stables, neutres et de très faible masse (1 meV-µeV). Leurs propriétés font qu'ils pourraient se changer en photons et vice versa lorsqu'ils sont soumis à un fort champ magnétique

* Les états de Kaluza-Klein (KK) : au cas où les hypothétiques dimensions supplémentaires de la théorie des cordes seraient suffisamment grandes, on peut imaginer des états d'excitations massifs accessibles pour les futures expériences de collision.

* Les Wimpzillas, un genre de WIMPs supermassifs ~10¹⁰ GeV.

WIMPZILLAS - Size Does Matter

Et d'autres encore : axino, branon...

Ci-dessous une photo de famille du spectre de masse (en GeV) et de section efficace (sigma, en pico barn) de différents candidats matière noire.

[saint.112]

Je voudrais ajouter une précision à ce qui a été dit :

Et puisque le trou noir aussi absorbe tout, mais quand même émet quelques rayonnements à lui,...

Si on l'appelle trou noir c'est justement parce qu'il n'émet rien.
Nico

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Si on l'appelle trou noir c'est justement parce qu'il n'émet rien.

Sauf le rayonnement de Hawking qui est un rayonnement de type corps noir. Il me semble que c'est à ça que diasoluyalu faisait référence.

[saint.112]

Sauf le rayonnement de Hawking qui est un rayonnement de type corps noir. Il me semble que c'est à ça que diasoluyalu faisait référence.

C'est un rayonnement infinitésimal prédit par la théorie mais qu'on n'a pas encore détecté si jamais on y arrive un jour.
Sauf erreur de ma part ce n'est pas le trou noir lui-même qui rayonne mais plutôt la matière qui s'en “échappe“ par effet Hawking, non ?
Nico

[Deedee81]

C'est un rayonnement infinitésimal prédit par la théorie mais qu'on n'a pas encore détecté si jamais on y arrive un jour.

En effet. Ca reste spéculatif, bien que fort probable (rarement mis en doute, bien que de tels doutes existent, j'ai déjà lu des articles à ce sujet).

Sauf erreur de ma part ce n'est pas le trou noir lui-même qui rayonne mais plutôt la matière qui s'en “échappe“ par effet Hawking, non ?

Cette matière qui s'échappe est le rayonnement de corps noir. Ou plutôt, les photons qui composent le rayonnement de Hawking on un spectre de corps noir.
Mais le rayonnement (ou la matière) qui s'échappe ne vient pas de l'intérieur mais du bord de l'horizon.

[curieuxdetempsaautre]

a priori il ya pas grand relation http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/20...trou-noir.html

[saint.112]

En effet. Ca reste spéculatif, bien que fort probable (rarement mis en doute, bien que de tels doutes existent, j'ai déjà lu des articles à ce sujet).

Personnellement je n'en doute pas (je n'ai pas le niveau pour le réfuter), je précise seulement que ça n'a jamais été observé et que c'est peut-être impossible.

Cette matière qui s'échappe est le rayonnement de corps noir. Ou plutôt, les photons qui composent le rayonnement de Hawking on un spectre de corps noir.
Mais le rayonnement (ou la matière) qui s'échappe ne vient pas de l'intérieur mais du bord de l'horizon.

C'est ce que je sous-entendais : les particules qui apparaissent à la surface sont créées par la fluctuation du vide. Ce sont pas des particules du trou noir lui-même, d'où les guillemets que j'ai mis, et ce sont elles qui rayonnent. Ce n'est donc pas à proprement parler un rayonnement émanant du trou noir. Tu vas peut-être dire que je pinaille.
Nico

[Deedee81]

Personnellement je n'en doute pas (je n'ai pas le niveau pour le réfuter), je précise seulement que ça n'a jamais été observé et que c'est peut-être impossible.

La prédiction résulte des la théorie quantique des champs et de la relativité générale dans des domaines où ces théories sont bien validées. En outre, le lien avec la thermodynamique découvert par Bekenstein (avant Hawking d'ailleurs) est tellement fort qu'on doute vraiment fort peu de la validité. C'est d'une solidité (presque) à toute épreuve.

J'ai bien dit presque car quelques objections ont été soulevées. Ainsi, tout près de l'horizon, les fluctuations quantiques deviennent telles qu'on approche du "mur de Planck". Et selon les hypothèses que l'on fait sur la physique dans ce domaine on peut très bien ne pas avoir de rayonnement. Ca a même donné lieu à une nouvelle approche (que je connais très mal) appelée "théorie du mur de feu". Seul des observations ou une théorie complète (et validée) de la gravitation quantique permettra de trancher... ce qui n'est pas pour demain.

Ce n'est donc pas à proprement parler un rayonnement émanant du trou noir. Tu vas peut-être dire que je pinaille.

Ok, je suis d'accord. Ce n'est pas du pinaillage car l'explication est utile.... si ce n'est que je n'avais pas compris tout de suite où tu voulais en venir, mais, bon, on est vendredi.... je peut être lourd à la détente

[saint.112]

La prédiction résulte des la théorie quantique des champs et de la relativité générale dans des domaines où ces théories sont bien validées. En outre, le lien avec la thermodynamique découvert par Bekenstein (avant Hawking d'ailleurs) est tellement fort qu'on doute vraiment fort peu de la validité. C'est d'une solidité (presque) à toute épreuve.

C'est bien pour ça que je n'ai aucun titre pour la discuter… pour en parler oui, un peu.

J'ai bien dit presque car quelques objections ont été soulevées. Ainsi, tout près de l'horizon, les fluctuations quantiques deviennent telles qu'on approche du "mur de Planck". Et selon les hypothèses que l'on fait sur la physique dans ce domaine on peut très bien ne pas avoir de rayonnement. Ca a même donné lieu à une nouvelle approche (que je connais très mal) appelée "théorie du mur de feu". Seul des observations ou une théorie complète (et validée) de la gravitation quantique permettra de trancher... ce qui n'est pas pour demain.

Trancher dans la gravitation ? Comment ça ?
Depuis qu'on attend cette nouvelle théorie, le suspense commence à être long.

Ok, je suis d'accord. Ce n'est pas du pinaillage car l'explication est utile.... si ce n'est que je n'avais pas compris tout de suite où tu voulais en venir, mais, bon, on est vendredi.... je peut être lourd à la détente

Et moi j'en ai besoin, de détente.

Nico

[papy-alain]

Le rayonnement Hawking est permis si l'on considère que la particule qui pénètre sous l'horizon est à énergie négative.
Ca, c'est le point de vue de l'observateur distant.
Mais le point de vue de l'observateur qui serait sous l'horizon est il le même ?

[saint.112]

Le rayonnement Hawking est permis si l'on considère que la particule qui pénètre sous l'horizon est à énergie négative.
Ca, c'est le point de vue de l'observateur distant.
Mais le point de vue de l'observateur qui serait sous l'horizon est il le même ?

Intéressante question. Est-ce que les particules du rayonnement de Hawking qui entrent sont mélangées à la matière ordinaire entrante et se confond avec elle (dans la mesure où il en entre) ? Y a-t-il une distinction selon que ce sont des particules ou des anti-particules ?
Nico

[mmanu_F]

Salut,

Ci dessous une photo de famille du spectre de masse (en GeV) et de section efficace (sigma, en pico barn) de différents candidats matière noire.

joli petit résumé Gilga et joli graphe de synthèse. Je fais juste deux trois commentaires rapides concernant les questions

1) ...Quel est alors le lien entre le TROU NOIR et la MATIÈRE NOIRE ?
2) Et accessoirement, quel est le lien entre MATIÈRE NOIRE et CORDE ?

Comme on le voit tout à droite du graphe (grandes masses), il y avait déjà en 2007 (qui semble être la date de naissance de cette figure) une petite place réservée aux trous noirs comme candidats possibles à la matière noire. Il s'agit en l'occurence de leurs résidus, s'ils existent (Leur existence est, par exemple, en tension avec la correspondance AdS/CFT). Cependant, l'idée que la matière noire pourrait être composée de gros trous noirs primordiaux a ressurgi peu après la détection des premières ondes gravitationnelles par LIGO. La porte n'est donc pas totalement fermée du côté d'un lien possible (et non des moindres) entre matière noire et trous noirs. Cependant, comme me le suggérait Dorigo tout à l'heure, les "experts" ont "quelques bonnes raisons" de penser que cette option est peu probable (si quelqu'un a vu passer une version un peu plus détaillé de cette affirmation, ça m'intéresse).

Et cela m'amène à mon deuxième point : les axions et plus particulièrement les axions ultralégers (avec une longueur d'onde de de Broglie de l'ordre du kiloparsec) dont il est question dans le billet de Dorigo (il y a aussi une version du côté de Motl) et pour cause, Hui, Ostriker, Tremaine et Witten viennent de sortir un article sur la question qui apportent quelques nouveautés à cette vieilles idées, déjà présente sur le graphe de Gilga, de l'autre côté, très très à gauche, du côté des faibles masses : la matière noire floue (fuzzy). L'article est très lisible (contrairement à un grand nombre des articles avec Witten dans la liste des auteurs) et je vous encourage à y jeter un oeil par vous même.

Comme le souligne Dorigo (dans son style assez tranchant), la coincidence cosmique qui faisait des LSP (cf #3 de Giga) les candidats à la matière noire les plus probables il y a 10 ans (cf le billet de Motl pour ses estimations probabilistes dans un style différent mais tout aussi tranchant) perd progressivement son statut dominant avec les résultats du LHC (quelques nouvelles fraiches ici) et de détection directe (et là).

Il est intéressant de noter que ce modèle apporte des élements "intéressants" à la discussion récente sur les courbes de rotation galactique. Je ne suis pas au cliar sur les détails (absence de cusp au coeur, galaxies naines à la Fornax) mais je tiens les encouragements de Ben Famaey qui me disait ce matin que "ça ne résout pas nécessairement tout, mais ça m'a eu l'air intéressant."


Je prends encore un peu de temps pour revenir sur la deuxième question concernant les cordes. J'ai commenté récemment sur le lien entre théorie des cordes et supersymétrie et j'éspère trouver du temps (et de la motivation) pour donner plus de détails sur la question. Comme Kane le suggère dans son article (tout à fait lisible) de janvier 2016 lié dans cette précédente discussion, la question de la matière noire est une affaire en cours (page 13 : "Our main current work is on dark matter."). Je n'ai pas encore épluché les détails, je me contenterai donc de donner une référence brillante qui m'est passée entre les mains ces derniers jours, suite à une autre discussion préliminaire sur la "descente" des cordes dans le royaume du LHC. Je ne suis pas encore arrivé à la partie VII sur la matière noire, mais l'introduction/résumé/cadre théorique (partie I, II et III) de l'article sont suffisament didactiques pour donner aux personnes intéressées des idées générales mais néanmoins précises sur les avancées (M-)théoriques des dernières années, avec des wino (voir le message #3 de Gilgamesh) et des axions du côté de la matière noire.

Enfin, pour être complet dans mon traitement (complétement superficiel) des extrêmités du graphique de Gilga, je donnerai quelques nouvelles sur le haut du graphe, les Q-balls (boules de Q ?) que j'ai découvert il y a peu suite à une discussion qui avait commencé par suite de cet article. Les boules de Q se trouvent sur le versant topologique (comme pour la matière noire floue ...) de la supersymétrie et leur détection est des plus ardue. Il y a des élements intéressants en lien avec la baryogénèse primordiale (en suivant une autre sensiblement différente que celle proposée par les modèle cordes/M, à creuser ...). Il semble ainsi, comme l'article en témoigne, que le sujet reste dans l'actualité (théorique). Je n'en sais pas beaucoup plus sur ces animaux et je m'arrête donc ici. Je vais aller regarder d'un peu plus près les liens que je viens de faire en écrivant tout ça ...

[mmanu_F]

Salut,

je viens de tomber sur un billet de Ethan Siegel qui donne des élements de réponse à une question que je ne m'étais jamais consciemment posée : et la matière noire, en s'effondrant gravitationnellement, peut-elle former un trou noir ? (Il me semble avoir vu passer des trucs là-dessus récemment sur le forum mais je n'ai pas retrouvé.)

Et la réponse est non ! Bien sûr, ce n'est pas un non de principe. (On peut très bien s'imaginer former un trou noir à partir d'une coquille de matière noire en effondrement, comme on l'imagine déjà pour une coquille de photon.) Mais en pratique, du fait de l'interaction non-gravitationnelle très faible de la matière noire (auto-interaction comprise par hypothèse), les halos de matière noire n'ont aucn moyen de perdre de la quantité de mouvement et de s'agglomérer. L'argument est évidemment le même que pour expliquer l'absence de structures "noires" (planètes, étoiles, galaxies, ...).

Je n'ai pas trouvé de références plus détaillées sur la question (si quelqu'un a, qu'il transmette ), mis à part un problème relié (basé sur cet article), celui de l'accrétion de matière noire par un trou noir super massif. Il semble que l'absence d'interaction de la matière noire soit là encore responsable de la non-ingestion de matière noire par un trou noir (la matière noire ne pouvant rester suffisamment longtemps dans le disque d'accrétion).

tout ceci n'est pas sans m'évoquer cette histoire de "cusp" (point de rebroussement) qui apparait au centre du halo dans les simulations. Je ne suis pas tout à fait au clair sur la question mais il semble que rien ne soit vraiment fixé (théoriquement et expérimentalement) sur le sort de la matière noire aux petites échelles (voir l'intro de l'article de Hui et al. et la récente discussion sur la guerre des MoND aka les courbes de rotation galactiques.)