EDGES et l'aube cosmique

[Olorin]

Bonjour à tous!

Je souhaite partager avec vous les dernières nouvelles de l'experience EDGES et ses premiers résultats, dont certaines interpretations avaient déjà suscité débat quant à leur implication pour l'hypothèse de matière noire froide non-baryonique (article de Barkana ici https://www.nature.com/articles/nature25791.). Pour rappel, EDGES se propose de mesurer le rayonnement à 21 cm de l'hydrogène atomique à des Z supérieurs à 15 afin de tester notre modèle cosmologique standard (LCDM). En effet, pendant cette période de l'histoire de l'univers il est supposé que les étoiles commencent à peine à se former sans que leur activité soit encore suffisante pour ré-ioniser le milieu interstellaire. A des Z au delà d'environ 35 les étoiles ne sont pas encore nées et l'univers est essentiellement constitué d'atomes d'hydrogène qui baigne dans le rayonnement de fond diffus supposément libéré à un z d'environ 1000, lorsque un univers suffisamment refroidis par l'expansion avait enfin permis la formation des premiers atomes. Or, en présence de rayonnement et/ou de manière spontanée les atomes d'hydrogène "transite" leur niveau d'énergie via le mécanisme de "spin-flip" dont la raie est justement à 21 cm. L'étude du rayonnement à ces longueurs d'ondes et à des z élevés permet donc de déduire la difference de temperature entre le CMB et le gaz d'hydrogène atomique, principal constituant de l'univers à cette époque. On peut alors comparer les mesures aux prédictions de nos modèles.

Le verdict est sans appel: le modèle LCDM est bien mis en défaut. L’absorption mesurée est environ 2 fois plus importante que ce qui est en théorie possible dans le cadre du modèle LCDM. De deux choses l'une:
- Soit le CMB est plus chaud à cette époque que ce que ne prévoit la théorie ( ce qui détruirait la théorie du big bang chaud tant les propriétés du CMB sont finement ajustées par les paramètres du modèle cosmologique standard: le CMB ne peut pas être "réchauffé" sans que tout l'édifice ne se casse la figure...)
- Soit là temperature du gaz d'hydrogène est plus froid que prévu. ( la seule option tenable pour que survive notre paradigme cosmologique).

Afin de tenter de réconcilier théorie et experience, Barkana et al. avait postulé un refroidissement du gaz d'hydrogène du fait de ses collisions avec d'hypothétiques particules de matière noire. Cela place une contrainte très forte sur la section efficace de collision des particules de matière noire car il est alors indispensable d'avoir un fort effet de refroidissement du gaz par la matière noire de sorte à reproduire la mesure, effectivement inversement proportionnel à la puissance 4 de la vitesse des particules. Or il semblerait que cette contrainte s’accorde très très mal avec toutes les contraintes obtenues sur la matière noire via toutes les autres expériences réalisées à ce jour. En particulier, un article de follow up ( ici https://arxiv.org/pdf/1803.03091.pdf ) montre que les contraintes de section efficaces contraignent également la masse à des valeurs de l'ordre de 1 GeV comme limite supérieure car au delà la section efficace croit beaucoup trop rapidement avec la vitesse de sorte que la matière noire de refroidi plus, mais chauffe, l'hydrogène gazeux.
L'auteur envisage 3 solutions de sortie à ce problème, dont nous verront que deux d'entre elles sont immédiatement éliminées:

- Les particules de matière noires doivent interagir via d'autres forces que la gravité, c'est l'idée d'une cinquième force et de sa particule médiatrice propre à la matière noire. Or, cette hypothèse est incompatible avec les observations aux échelles des galaxies et des amas ou une matière noire non-collisionelle et interragissant exclusivement via les forces gravitationelles doit être privilégiée pour rendre compte de la physique observée.
- Alternativement, les particules de matière noire peuvent diffuser directement sur les electrons et les protons. Dans ce cas la section efficace devrait être encore plus grande que celle requise dans le cadre de collisions avec les atomes uniquement et les particules devraient une fois de plus interagir via un "photon sombre", ce qui est également écarté par les contraintes expérimentales.
- L'option de la dernière chance pour que survive l'hypothèse de matière noire froide non baryonique semble être la suivante: 1% des particules de matière noire doivent être chargées électriquement, portant une charge de l'ordre de 10^(-10) e et d'une masse de l'ordre de 100 MeV. 99% de la matière noire serait non-chargé et de masse indéterminée. Il existerait donc 2 types de matière noire: l'une chargée et ultra minoritaire, l'autre non et ultra majoritaire.

Ces nouvelles contraintes vont certainement être débattues et cela n'a pas empêché les partisans d'un modèle de gravité modifiée en lieu et place de matière noire froide non baryonique de mettre leur grain de poussière d'étoile dans l'engrenage, comme ici: https://arxiv.org/pdf/1808.02532.pdf. Stacy McGaugh lance une sorte d'ultimatum en bonne et due forme aux théoriciens: faites des prédictions sur les ages sombres et sur l'aube cosmique AVANT que ne soient faites les observations, afin de trancher sur la validité de vos modèles de forme non-ambiguë et non AD-HOC comme cela à été fait depuis près de 50 ans ( problème de l'horizon qui mène a l'inflation, des galaxies à la matière noire et de l'expansion à l'énergie noire etc...). En attendant, il semblerait qu'un modèle plaçant la fraction baryonique à 1 comme le requiert les approches de gravité modifiée, explique bien l'absorption à 21 cm observée. Un ensemble de prédictions supplémentaires sont faites par McGaugh pour les ages sombres, la formation des structures et la masse des neutrinos: Il prédit une absorption de l'ordre de 2 fois celle prédite par LCDM avec les paramètres de Planck pour les ages sombres ( similaire a celle de l'aube cosmique discutée ici). En ce qui concerne les grandes structures, elles apparaissent à z=10 pour les galaxies, z= 3 pour les amas et la toile cosmique au alentour de z=5 du au régime MOND comme limite classique d'une théorie de gravité modifiée plus générale qu'il reste encore à découvrir. LCDM prédit moins de 1% d'étoiles formées à z supérieur à 5 ce qui est de plus en plus problématique au fur et a mesure que des galaxies, des amas et même les copieuses quantité de quasars sont découverts à des red shifts élevés. Enfin, concernant la masse des neutrinos, ils sont fortement contraints dans LCDM, la somme des masses des différentes saveurs ne pouvant dépassé 0.12 eV, alors qu'une masse plus importante serait bienvenue et parfaitement compatible avec de la gravité modifiée. Une mesure expérimentale plaçant la masse des neutrinos au dessus de cette limite falsifierait définitivement LCDM.

Il va donc falloir suivre attentivement les prochains résuktats de EDGES, et des détecteurs similaires, en particulier ceux en mesure de nous renseigner sur les ages sombres afin de corroborer ou bien finalement invalidé nos modèles cosmologiques et physique concurrents. J’espère que cette note à été utile, n'hésitez pas à commenter et à creuser le sujet, il est passionnant!
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[yves95210]

Bonjour Olorin,

Ne prends surtout pas ça comme une critique, ton message m'a paru fort bien rédigé, mais il est sans-doute trop long pour introduire une discussion sur ce forum (paresse des lecteurs oblige) et le titre peut-être pas assez accrocheur pour attirer les curieux, à part ceux qui avaient déjà entendu parler de l'expérience EDGES et de ses résultats. Je les avais découverts grâce au dernier article de S. McGaugh sur son blog (dont je conseille la lecture à ceux que l'anglais ne rebute pas, car bien qu'encore plus long que ton message, il est très pédagogique). J'avais hésité à ouvrir une discussion ici, et y avais renoncé car je ne me sentais pas capable de le vulgariser de manière suffisamment succincte pour que mon message ait une chance d'être lu et commenté...

C'est dommage, car le sujet est effectivement passionnant. Il est remarquable qu'une expérience demandant (comparativement à d'autres) aussi peu de moyens que EDGES conduise à une telle avancée, même si elle reste à confirmer.
Il s'agit peut-être de la première observation permettant d'apprendre quelque-chose sur l'état de l'univers à cette époque (postérieure au CMB mais antérieure à la formation des premières structures) de manière expérimentale. On en possédait une connaissance purement théorique (par déduction en avançant dans le temps à partir des observations du CMB ou en remontant le temps à partir des observations de l'univers plus récent). Mais cette connaissance s'appuyait forcément sur un modèle, que ce soit LambdaCDM ou son concurrent moins populaire, et demandait à être vérifiée par l'expérience, ne serait-ce que pour contribuer à valider ou à réfuter ce modèle.

Et en l'occurrence, il semble bien que EDGES conduise potentiellement à une remise en cause du modèle LambdaCDM, alors que, comme McGaugh le démontre données à l'appui, un modèle sans CDM conduit à une prédiction conforme aux résultats de EDGES.
Et aussi à une prédiction différente de celle de LambdaCDM concernant l'absorption de la raie 21 cm durant les "âges sombres", prédictions qui pourraient être testée expérimentalement. L'expérience évoquée par McGaugh est théoriquement possible, même si les moyens à mettre en œuvre seraient beaucoup plus coûteux. Mais si elle donnait des résultats conforme à l'une ou l'autre prédiction elle aurait l'avantage d'être décisive. Il me semble donc que ça mérite d'y mettre des moyens, mais ça ne sera peut-être pas l'avis de la majorité de la communauté scientifique...

Quoi qu'il en soit, le modèle sans CDM, basé sur la relation empirique établie initialement par Milgrom à partir de la vitesse de rotation des galaxies et mettant en évidence une échelle d'accélération universelle, ne s'appuye sur une théorie en bonne et due forme expliquant l'origine de cette échelle (et sa valeur constante dans le temps). Faute de ce fondement théorique, le modèle reste incomplet - McGaugh est le premier à le reconnaître. Bref, d'un côté comme de l'autre (théorique comme expérimental) il reste du boulot.

[jiherve]

Bonjour,
Lu au saut du lit, sous le soleil creusois, et avec beaucoup d’intérêt, à suivre avec plaisir.
JR

[pascelus]

Merci pour ce partage, effectivement PASSIONNANT !

Une petite remarque, sans doute triviale: n'est-il jamais évoqué la possibilité d'une émergence de la "matière noire" postérieure à cette mesure de EDGES?

[A voir en vidéo sur Futura]

[yves95210]

Bonjour,

Une petite remarque, sans doute triviale: n'est-il jamais évoqué la possibilité d'une émergence de la "matière noire" postérieure à cette mesure de EDGES?

Je ne vois pas comment elle émergerait : si l'univers à l'époque de l'aube cosmique est uniquement constitué de matière baryonique, quelle serait le mécanisme qui pourrait donner naissance à un type de matière ne faisant pas partie du modèle standard ?

Mais de toute façon cette idée présente une incohérence, voire deux :
1) Faute d'une nouvelle théorie, on a besoin de matière noire pour expliquer le CMB - McGaugh est le premier à reconnaître que le modèle NoCDM ne répond pas à toutes les questions : en particulier il prédit des valeurs insuffisantes pour le 3e pic (et les suivants) du spectre du CMB.
2) L'explication des courbes de rotation des galaxies (et de l'échelle d'accélération universelle qui en découle) par la matière noire est pour le moins tirée par les cheveux. D'autre part, jusqu'à présent, les tentatives de détection des candidats plausibles au titre de matière noire ont échoué. Donc à l'autre bout de l'histoire on serait plutôt tenté de s'en passer et de chercher une autre explication. Donc là encore on aurait besoin d'une nouvelle théorie...
A moins que tu penses à de la "matière noire" baryonique (trous noirs, MACHOS...) qui n'aurait pas encore été détectée ? Mais alors, comment aurait-elle été présente dès l'époque du CMB ?

[pascelus]

Compte tenu de l'inconnue totale de ce que représente la matière noire, je me demandais si un processus à expliciter ne serait pas capable de faire "émerger" de la matière noire à partir de la matière baryonique. (par exemple des trous noirs (si on peut les considérer comme matière baryonique) ou MACHOS, en effet...) Ainsi à l'époque du CMB et jusqu'après l'age sombre, il n'y aurait eu que de la matière baryonique... Il ne me semble pas que le spectre du CMB donne la moindre indication sur la répartition quantitative de matière baryonique/noire?

Ce n'est pas une explication ni théorie perso, juste une interrogation sur une éventualité qui a du être écartée car je n'en trouve trace nulle part, mais je ne sais pas par quelle observation...

[Olorin]

Bonjour,

Merci pour vos commentaires. Je souhaiterai réagir sur quelques points précis. En ce qui concerne l'"émergence de la matière noire" post aube cosmique, cela me semble être une impossibilité pour 2 raisons:
D'une part, la matière noire doit exister au moment du découplage pour expliquer le 3ème pic acoustique du CMB dans le cadre du modèle LCDM et d'autre part elle doit aussi être présente dans l'univers pendant l'aube cosmique et avoir les propriétés énoncées par Barkana pour être compatible avec les mesures de EDGES et expliquer l'anomalie de différence de température.

Je voulais aussi rajouter qu'une autre explication potentielle à l'anomalie détectée par EDGES serait de considérer qu'il existait d'autres sources de rayonnement que le CMB pendant l'aube cosmique ( trou noirs etc...). Encore faudrait-il expliquer comment de tels objets massifs se formeraient plus rapidement que les étoiles à cette époque, un casse tête inextricable à mon humble avis, mais que certains théoriciens essayent de résoudre pour sauver LCDM d'une falsification inéluctable si le signal de EDGES venait à persister en parallèle d'une exclusion de l’existence de matière noire dans le domaine de Barkana.

Autre possibilité: des erreurs instrumentales systématiques non tenue pour compte dans l'analyse des résultats de EDGES. L'équipe de EDGES est des plus sérieuses mais des biais expérimentaux ne peuvent pas être complètement exclus et Il faudra attendre qu'une ou plusieurs autres équipes corroborent l'anomalie perçue par EDGES.

Maintenant en ce qui concerne les défis potentiels qui attendent les partisans d'une théorie de gravité modifiée sans matière noire, il est indiscutable qu'ils sont nombreux, mais pas si irréconciliables avec la réalité qu'on veut le faire croire:
- Pour le CMB, il est faux de dire que MOND ne parvient pas a "fitter" le CMB. On sait que MOND a besoin de neutrinos massifs et idéalement de neutrinos stériles autour de 11eV pour s'accorder aux observations du CMB et des dynamiques au sein des amas. C'est pour cela que toutes avancées concluantes dans la compréhension de la physique des neutrinos pourra soit consolider soit falsifier MOND.
Pièce jointe 371448
- En ce qui concerne la dynamique des galaxies et l’échelle d’accélération universelle, elle est aujourd'hui bien établie et demande explication, aussi bien dans le cadre de MOND que dans celui de CDM. Evidemment MOND étant la limite basse accélération d'une théorie de gravité modifiée à découvrir, il faut partir du principe que l’échelle d’accélération devrait naturellement apparaître dans le cadre d'une telle théorie le moment venu. En revanche CDM est relativement impuissante au moment de fournir le moindre début d'explication de cette échelle d’accélération et se place donc dans le déni: elle considère le plus souvent que cette échelle d’accélération n'existe pas et qu'elle n'a donc pas à l'expliquer.

Il faut donc:
- Attendre la confirmation définitive des trouvailles de EDGES et de l'anomalie détectée.
- Si l'anomalie persiste, LCDM n'aura vraisemblablement qu'une voie échappatoire pour survivre: trouver et enfin détecter des particules de matière noire chargées dans la zone de Barkana. Si cette zone est exclue, LCDM est définitivement falsifiée: cela voudra dire que la matière noire exotique n'existe pas et que la relativité générale est la limite d'une théorie plus générale qui redonne MOND dans sa limite à très basse accélération, avec vraisemblablement violation des 2 principes d'équivalence de la RG.
- Autre possibilité de falsification de LCDM: mesure de la masse des neutrinos donnant une valeur supérieure à la limite imposée par LCDM. Cela ferait d'une pierre deux coups, falsification de LCDM et validation des approches de gravité modifiée avec neutrinos massifs.

P.S.: je ne considère pas sérieusement les sources de rayonnement alternatifs pour expliquer l'anomalie EDGES, cela amènerait d'autres complications inextricables pour sauver un modèle LCDM déjà à l'agonie i.e. " Le rayonnement sombre", après "la matière sombre " et "l'énergie sombre", beaucoup trop d’épicycles ad hoc qui ne font pas gage de sérieux en science à mon humble avis.

[pascelus]

En ce qui concerne l'"émergence de la matière noire" post aube cosmique, cela me semble être une impossibilité pour 2 raisons:
D'une part, la matière noire doit exister au moment du découplage pour expliquer le 3ème pic acoustique du CMB dans le cadre du modèle LCDM

Si la matière noire est nécessaire pour expliquer ce 3e pic acoustique, alors pourquoi MOND ne serait pas non plus falsifié par cette observation? Auriez-vous un lien qui explique en quoi seule la matière noire expliquerait ce 3e pic acoustique svp?

...et d'autre part elle doit aussi être présente dans l'univers pendant l'aube cosmique et avoir les propriétés énoncées par Barkana pour être compatible avec les mesures de EDGES et expliquer l'anomalie de différence de température.

Là il me semble que c'est le contraire. Si j'ai bien compris, selon McGaugh https://tritonstation.files.wordpres...nal.png?w=1024, les mesures coincideraient avec la théorie SANS matière noire.

Pour le reste je suis d'accord avec le fait que trouver une autre explication "ad-hoc" pour justifier un tel écart (si ces mesures étaient confirmées) ferait plus que fragiliser le modèle LambdaCDM.

[Olorin]

Si la matière noire est nécessaire pour expliquer ce 3e pic acoustique, alors pourquoi MOND ne serait pas non plus falsifié par cette observation? Auriez-vous un lien qui explique en quoi seule la matière noire expliquerait ce 3e pic acoustique svp?

Je me place dans le cadre de LCDM qui requiert la matière noire afin d'expliquer le CMB. MOND explique le CMB à l'aide de neutrinos massifs cf la pièce jointe de mon message précédent. Donc non, la matière noire ( LCDM) n'est pas la seule approche permettant d'expliquer les pics acoustiques du CMB, contrairement à ce qui est très souvent entendu.

Là il me semble que c'est le contraire. Si j'ai bien compris, selon McGaugh https://tritonstation.files.wordpres...nal.png?w=1024, les mesures coincideraient avec la théorie SANS matière noire.

Correct. Un univers "baryonique", sans matière noire exotique explique aisément et très naturellement la mesure de EDGES sans hypothèses ad hoc du type "rayonnement sombre" etc....

[Nicophil]

Il ne me semble pas que le spectre du CMB donne la moindre indication sur la répartition quantitative de matière baryonique/noire ?

Si si, l'interprétation des données dans le paradigme lambda-CDM donne 1/6 de masse baryonique et 5/6 de DM froide.

[Olorin]

Je redonne le lien du CMB avec neutrinos massifs : http://inspirehep.net/record/1120108...Figure_cmb.png .

[pascelus]

Si si, l'interprétation des données dans le paradigme lambda-CDM donne 1/6 de masse baryonique et 5/6 de DM froide.

"dans le paradigme LambdaCDM"... Mais le contraire est-il vrai, à savoir que l'interprétation des données confirmerait cette répartition?

Dit autrement: une hypothèse de 100% de matière baryonique lors du CMB au lieu de 1/6 et 5/6, serait-elle contredite par l'observation de ce 3e pic acoustique? Et surtout pourquoi (si c'est vulgarisable)?

[pascelus]

Je redonne le lien du CMB avec neutrinos massifs : http://inspirehep.net/record/1120108...Figure_cmb.png .

Cela semble confirmer que les observations du CMB n'obligent pas à la présence d'une matière noire froide, si ce n'est ces neutrinos inconnus. Mais si tel était le cas les données de EDGES seraient-elles justifiées et ces neutrinos massifs expliqueraient-il à la fois le 3e pic acoustique et l'absorption de 21cm?

[Mailou75]

Salut,

Le verdict est sans appel: le modèle LCDM est bien mis en défaut.

Où est la surprise ? A chaque fois qu’on scrute plus precisement l’Univers on constate que le modèle ne marche pas et on lui colle un «addon»

Stacy McGaugh lance une sorte d'ultimatum en bonne et due forme aux théoriciens: faites des prédictions sur les ages sombres et sur l'aube cosmique AVANT que ne soient faites les observations (...)

Ca s’est un peu facile... le modèle n’a jamais fait aucune prediction (puisque la mesure donne les variables, omégas et H, a rentrer dans une formule qui, de fait, colle aux observations...)

- L'option de la dernière chance pour que survive l'hypothèse de matière noire froide non baryonique semble être la suivante: 1% des particules de matière noire doivent être chargées électriquement, portant une charge de l'ordre de 10^(-10) e et d'une masse de l'ordre de 100 MeV. 99% de la matière noire serait non-chargé et de masse indéterminée. Il existerait donc 2 types de matière noire: l'une chargée et ultra minoritaire, l'autre non et ultra majoritaire.

Ahahah
Et puis quoi encore, une nouvelle physique encore plus spéculative avec zero observation comme etai.

..........

1) Faute d'une nouvelle théorie, on a besoin de matière noire pour expliquer le CMB - McGaugh est le premier à reconnaître que le modèle NoCDM ne répond pas à toutes les questions : en particulier il prédit des valeurs insuffisantes pour le 3e pic (et les suivants) du spectre du CMB.

Si on doit jeter l’ancienne théorie, pourquoi continuer à maltraiter les pauvres mouches ?

..........

(...) pour sauver un modèle LCDM déjà à l'agonie i.e. " Le rayonnement sombre", après "la matière sombre " et "l'énergie sombre", beaucoup trop d’épicycles ad hoc qui ne font pas gage de sérieux en science à mon humble avis.

Y’en a à qui ça ne fait pas peur, sauver la face avant tout... le modèle actuel est déja une accumulation de suppositions sans fondement de physique de laboratoire.

Merci Olorin pour cette lueur d’espoir

Mailou

[yves95210]

Maintenant en ce qui concerne les défis potentiels qui attendent les partisans d'une théorie de gravité modifiée sans matière noire, il est indiscutable qu'ils sont nombreux, mais pas si irréconciliables avec la réalité qu'on veut le faire croire:
- Pour le CMB, il est faux de dire que MOND ne parvient pas a "fitter" le CMB. On sait que MOND a besoin de neutrinos massifs et idéalement de neutrinos stériles autour de 11eV pour s'accorder aux observations du CMB et des dynamiques au sein des amas. C'est pour cela que toutes avancées concluantes dans la compréhension de la physique des neutrinos pourra soit consolider soit falsifier MOND.

OK. Mais (en me faisant l'avocat du diable) le fait qu'un modèle basé sur MOND a besoin de ces neutrinos massifs, qui ne sont qu'une hypothèse et qu'on n'a pas su détecter jusqu'à présent, n'est-il pas équivalent au fait que le modèle LambdaCDM a besoin d'une matière noire froide hypothétique qu'on n'a pas su détecter jusqu'à présent ?

- En ce qui concerne la dynamique des galaxies et l’échelle d’accélération universelle, elle est aujourd'hui bien établie et demande explication, aussi bien dans le cadre de MOND que dans celui de CDM. Evidemment MOND étant la limite basse accélération d'une théorie de gravité modifiée à découvrir, il faut partir du principe que l’échelle d’accélération devrait naturellement apparaître dans le cadre d'une telle théorie le moment venu. En revanche CDM est relativement impuissante au moment de fournir le moindre début d'explication de cette échelle d’accélération et se place donc dans le déni: elle considère le plus souvent que cette échelle d’accélération n'existe pas et qu'elle n'a donc pas à l'expliquer.

Bref, ni MOND en tant que telle (modification empirique de la gravitation newtonienne établie d'après les courbes de rotation des galaxies), ni LambdaCDM (et pour cause !) ne sont capables aujourd'hui de fournir une explication.
En fait MOND pose une question en mettant en évidence cette relation universelle, et les défenseurs de LambdaCDM sont incapables d'y répondre autrement qu'avec des épicycles (je ne parle même pas de ceux qui sont dans le déni) - raison pour laquelle, même avant EDGES, j'aurais été prêt à pronostiquer que LambdaCDM finirait par être falsifié, voire même à le considérer comme déjà falsifié par l'observation des galaxies.^(*)
Mais aujourd'hui personne ne sait à quoi ressemblera la bonne théorie, si ce n'est qu'elle devra reproduire les résultats de MOND à l'échelle des galaxies et que ce n'est pas avec la CDM qu'on y arrivera, et qu'elle devra également être capable de faire les mêmes prédictions que la relativité générale dans tous les domaines où ces prédictions ont été vérifiées expérimentalement.

Et je te rejoins sur ta conclusion :

Il faut donc:
- Attendre la confirmation définitive des trouvailles de EDGES et de l'anomalie détectée.
- Si l'anomalie persiste, LCDM n'aura vraisemblablement qu'une voie échappatoire pour survivre: trouver et enfin détecter des particules de matière noire chargées dans la zone de Barkana. Si cette zone est exclue, LCDM est définitivement falsifiée: cela voudra dire que la matière noire exotique n'existe pas et que la relativité générale est la limite d'une théorie plus générale qui redonne MOND dans sa limite à très basse accélération, avec vraisemblablement violation des 2 principes d'équivalence de la RG.
- Autre possibilité de falsification de LCDM: mesure de la masse des neutrinos donnant une valeur supérieure à la limite imposée par LCDM. Cela ferait d'une pierre deux coups, falsification de LCDM et validation des approches de gravité modifiée avec neutrinos massifs.

(*) J'ajouterais comme potentielle falsification de LambdaCDM l'incapacité à résoudre le conflit entre la valeur de H₀ calculée selon le modèle à partir des résultats de Planck et celle calculée à partir de l'observation des SN-Ia dans l'univers "local".

[pascelus]

Au passage, un autre élément me faisait évoquer l'hypothèse d'une "émergence" tardive de la matière noire: l'absence de celle-ci dans les quelques galaxies très lointaines observées: https://forums.futura-sciences.com/a...iards-dal.html

[yves95210]

Au passage, un autre élément me faisait évoquer l'hypothèse d'une "émergence" tardive de la matière noire: l'absence de celle-ci dans les quelques galaxies très lointaines observées: https://forums.futura-sciences.com/a...iards-dal.html

Dans cette discussion, on avait quand-même mentionné que cette absence (ou du moins l'absence d'aplatissement des courbes de rotation) était loin d'être prouvée, compte-tenu de la faiblesse des mesures concernées (pas d'échantillon au-delà de 10 Kpc du centre des galaxies, barres d'erreur importantes). Donc prenons cette observation avec quelques pincettes.
Quoi qu'il en soit, en supposant qu'elle soit confirmée, ça remettrait en question les idées concernant la formation des premières structures : le modèle LambdaCDM a besoin de matière noire pour expliquer qu'elles se sont formées aussi vite (en revanche, pas de problème pour MOND).
Et comme à l'autre bout de l'histoire, on a bien du mal à expliquer à l'aide de la matière noire froide l'aspect universel de la constante d'accélération mise en évidence par l'observation des galaxies plus proches, je ne vois pas pourquoi tu veux faire émerger cette matière noire à un moment quelconque de cette histoire

[Nicophil]

Oui, il faudrait plutôt expliquer pourquoi la DM froide censée être la seule explication aux pics acoustiques est si évanescente au cours de l'histoire !

[pascelus]

Et comme à l'autre bout de l'histoire, on a bien du mal à expliquer à l'aide de la matière noire froide l'aspect universel de la constante d'accélération mise en évidence par l'observation des galaxies plus proches, je ne vois pas pourquoi tu veux faire émerger cette matière noire à un moment quelconque de cette histoire

Il y a quand meme quelques effets qui s'explique(raient) mieux avec matière noire que sans, et meme MOND a besoin d'en introduire une partie. Et j'ai du mal à croire qu'un édifice plutot solide se retrouve TOTALEMENT anéanti par une difficulté. Aujourd'hui cette matière noire "arrangerait" bien. A l'aube de l'univers elle "encombre". Alors je me demandais simplement si l'hypothèse de son émergence avait été évoquée, réfutée, et par quoi...

[yves95210]

Il y a quand meme quelques effets qui s'explique(raient) mieux avec matière noire que sans, et meme MOND a besoin d'en introduire une partie. Et j'ai du mal à croire qu'un édifice plutot solide se retrouve TOTALEMENT anéanti par une difficulté. Aujourd'hui cette matière noire "arrangerait" bien. A l'aube de l'univers elle "encombre". Alors je me demandais simplement si l'hypothèse de son émergence avait été évoquée, réfutée, et par quoi...

A l'aube de l'univers (à l'époque du CMB, avant l'aube cosmique dont il est question ici), la CDM n'"encombre" pas, elle est nécessaire dans le modèle pour expliquer les observations du CMB et la vitesse de formation des premières structures. C'est même maintenant la principale justification de son existence qu'avancent les tenants du modèle LambdaCDM, alors qu'à l'origine elle avait été postulée pour expliquer les anomalies observées dans les mouvements des galaxies dans les amas (Zwicky) et les vitesses de rotation des étoiles dans les galaxies (Vera Rubin).
Si elle n'est pas là dès l'époque du CMB, le modèle LambdaCDM a un gros problème. Donc ça ne sert à rien d'imaginer une apparition de la matière noire postérieure à cette époque.
Le modèle MOND plus neutrinos massifs s'en tire probablement mieux (encore faudrait-il d'une part que la relation empirique MOND s'appuie sur une théorie permettant de l'expliquer, d'autre part que l'hypothèse des neutrinos massifs soit confirmée expérimentalement), mais avec ce modèle on n'a pas plus besoin de CDM dans l'univers récent qu'à l'aube de l'univers. Là encore l'hypothèse de son "émergence" quelque-part au cours de l'histoire de l'univers observable ne sert à rien.
Donc, je peux me tromper, mais je pense qu'avant toi personne n'a dû voir le besoin d'évoquer cette hypothèse. Et, de toute façon, pour en revenir à mon premier argument, je ne vois pas comment cette matière non baryonique aurait pu émerger dans un univers constitué uniquement de particules appartenant au modèle standard.

[pascelus]

A l'aube de l'univers (à l'époque du CMB, avant l'aube cosmique dont il est question ici), la CDM n'"encombre" pas, elle est nécessaire dans le modèle pour expliquer les observations du CMB et la vitesse de formation des premières structures.

Mais si elle "encombre", puisque avec seulement la matière baryonique l'observation de EDGES collerait quasiment parfaitement (cf le graphique dans l'article de McGauch que j'ai linké en #8)...

C'est même maintenant la principale justification de son existence qu'avancent les tenants du modèle LambdaCDM, alors qu'à l'origine elle avait été postulée pour expliquer les anomalies observées dans les mouvements des galaxies dans les amas (Zwicky) et les vitesses de rotation des étoiles dans les galaxies (Vera Rubin).
Si elle n'est pas là dès l'époque du CMB, le modèle LambdaCDM a un gros problème.

La matière noire n'a à priori qu'un effet gravitationnel. Ainsi je ne comprends pas en quoi elle serait indispensable au modele LambdaCDM et non remplaçable par de la matière baryonique?

Donc, je peux me tromper, mais je pense qu'avant toi personne n'a dû voir le besoin d'évoquer cette hypothèse. Et, de toute façon, pour en revenir à mon premier argument, je ne vois pas comment cette matière non baryonique aurait pu émerger dans un univers constitué uniquement de particules appartenant au modèle standard.

C'est sans doute farfelu, je n'en doute pas.... Néanmoins la transformation de matière baryonique en (pseudo) matière noire existe: notamment la formation de trous noirs par exemple.

[yves95210]

Mais si elle "encombre", puisque avec seulement la matière baryonique l'observation de EDGES collerait quasiment parfaitement (cf le graphique dans l'article de McGauch que j'ai linké en #8)...

Oui, si les résultats de EDGES sont confirmés, elle "encombre", et c'est bien embêtant pour le modèle LambdaCDM :

La matière noire n'a à priori qu'un effet gravitationnel. Ainsi je ne comprends pas en quoi elle serait indispensable au modele LambdaCDM et non remplaçable par de la matière baryonique?

Il faudrait qu'un expert (Gilgamesh ?) passe par là pour te l'expliquer. Tu dois pouvoir retrouver ça dans un de ses nombreux messages. Mais en gros, à l'origine l'idée est que les anisotropies du CMB ne sont pas suffisantes pour expliquer la formation des premières structures par le seul effet gravitationnel de la matière "visible".
D'autre part, les observations favorisant un univers "plat", sa densité doit être égale à la densité critique. Or on est loin du compte avec la densité de la seule matière baryonique, même en supposant qu'une fraction de cette matière n'a pas encore été détectée : il faudrait qu'il en ait 5 ou 6 fois plus qu'estimé aujourd'hui.
Difficile d'imaginer qu'elle se cache dans des trous noirs sans qu'on ait détecté leur effet gravitationnel, d'autant que, hypothèse d'homogénéité de l'univers oblige, il y aurait autant de ces trous noirs dans l'univers proche qu'au-delà. A moins d'imaginer une pléiade de micro-trous noirs (de masse assez petite pour qu'on ne détecte pas leur effet individuel) simulant un halo de matière noire autour de chacune des galaxies observées, à commencer par la notre. Mais là je crains qu'on tombe dans la science-fiction.
Et puis, si on compte sur eux pour remplacer la CDM, il faudrait que ces trous noirs aient été présents dès l'époque du CMB. Comment se seraient-ils formés ?

C'est sans doute farfelu, je n'en doute pas.... Néanmoins la transformation de matière baryonique en (pseudo) matière noire existe: notamment la formation de trous noirs par exemple.

Là on ne parle pas de la même chose. Il ne s'agit pas de l'apparition d'une nouvelle forme de matière, mais de la "disparition" (au sens : elle n'est plus visible) de matière baryonique. Mais l'effet gravitationnel du trou noir à grande distance reste le même que celui de l'ensemble de la matière qu'il a avalé.

[pascelus]

Merci Yves pour ces explications.

Mais en gros, à l'origine l'idée est que les anisotropies du CMB ne sont pas suffisantes pour expliquer la formation des premières structures par le seul effet gravitationnel de la matière "visible".

Oui, mais je me demandais justement si la matière "visible" au moment du CMB n'était pas uniquement extrapolée à partir de celle visible "maintenant".
En tout cas meme en admettant, sans parfaitement comprendre, que la matiere noire soit nécessaire pour expliquer la formation des premières structures (ce qui est vraiment nécessaire est plutot 5 ou 6 fois plus de gravitation...), il y a quand meme une lourde erreur quelque part dans ce modele LambdaCDM. A lire McGauch il semblerait aussi que l'étude ait déjà été largement vérifiée.

Difficile d'imaginer qu'elle se cache dans des trous noirs sans qu'on ait détecté leur effet gravitationnel,

Pas impossible pourtant car il semblerait que la majorité des trous noirs passent inaperçus car n'acrètent pas assez de matière pour rayonner, et leurs effets gravitationnels ne nous sont observables que s'ils sont suffisamment massifs.

d'autant que, hypothèse d'homogénéité de l'univers oblige, il y aurait autant de ces trous noirs dans l'univers proche qu'au-delà.

Oui mais cette hypothèse d'homogénéité est tout aussi fragile, meme en ajustant large l'échelle...

Et puis, si on compte sur eux pour remplacer la CDM, il faudrait que ces trous noirs aient été présents dès l'époque du CMB. Comment se seraient-ils formés ?

La formation des hypothétiques trous noirs primordiaux reste encore énigmatique et on ne sait pas encore ni comprendre leur processus de formation ni leur nombre. Leurs estimations ne donneraient pas la masse manquante pour expliquer la matiere noire, mais ces estimations semblent basées sur le modele LambdaCDM vascillant. Alors, qui sait? ....

Là on ne parle pas de la même chose. Il ne s'agit pas de l'apparition d'une nouvelle forme de matière, mais de la "disparition" (au sens : elle n'est plus visible) de matière baryonique. Mais l'effet gravitationnel du trou noir à grande distance reste le même que celui de l'ensemble de la matière qu'il a avalé.

C'est pour cela que je l'évoquais dans le cadre d'une hypothèse "d'émergence tardive" de la matière noire au détriment de la matière baryonique qu'on aurait peut etre sous-estimée...


Bon, je n'y crois guère non plus, si tant est que "croire" soit une action du moindre intéret en science!... Il est juste clair qu'il y a une importante erreur (lacune?) dans ce modele LambdaCDM, et que cette erreur est potentiellement capable de faire écrouler l'édifice... ou pas...

[pascelus]

Autre question: j'ai du mal à comprendre dans l'article de McGauch, ce que l'on entend par "température de spin"? De quoi s'agit-il et en quoi intervient-elle dans la réionisation de l'hydrogene? (McGauch explique qu'il faut que température du gaz < température de spin < température de rayonnement (du CMB))

[Nicophil]

Stacy McGaugh lance une sorte d'ultimatum en bonne et due forme aux théoriciens: faites des prédictions sur les ages sombres et sur l'aube cosmique AVANT que ne soient faites les observations, afin de trancher sur la validité de vos modèles de forme non-ambiguë et non AD-HOC comme cela a été fait depuis près de 50 ans (problème de l'horizon qui mène a l'inflation, des galaxies à la matière noire et de [la variation du taux] d'expansion à l'énergie noire, etc...).

Image extraite de https://www.youtube.com/watch?v=PkzZ77gGxnM : Peebles expose la convergence d'indices qui avait fait pencher la communauté en l'espace de quelques années seulement (1979-1982) en faveur d'une fraction baryonique largement inférieure à 1.

[Nicophil]

Mais Dan Hooper n'est pas d'accord, pas d'accord du tout (à https://youtu.be/bAs9wYHmf7g?t=350 , il y a protestation dans l'assistance...) !