Quelques questions sur la matière noire

[Ignatius84]

Bonjour les gens

bon été pour vous ?

en repensant aux découvertes de cet été justement (DF2 par exemple, vitesse des étoiles au sein des amas globulaires comme ici : http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/20...-des-amas.html) et aux divers problèmes liés à la (aux) matière(s) noire(s) théorisée(s).

ma première question est vraiment simple(iste) : si on fait le raisonnement suivant : matière noire = gravité = Einstein et RG, sait-on si Einstein avait une position sur le concept de matière noire, même si celle supposée par Zwicky, contemporain d'Albert, est différente de celle de Vera Rubin ? Que dirait la RG de la matière noire ? N'est-il pas bizarre ou dérangeant que la théorie "parfaite" de la gravitation qu'est la RG ne dise rien de la matière noire ?
Alors on pourrait répondre un truc du genre : la RG n'a pas à s'intéresser spécifiquement à la MN, qui n'est qu'un genre de matière et d'énergie, mais seulement à son impact gravitationnel et à ce titre la MN est considérée par la RG au même titre que toute masse. Pourtant j'ai quand même l'impression qu'il pourrait y avoir un "loup"...
En bref : la MN est-elle compatible avec la RG sans contorsion intellectuelle et sans paramétrisation "ad hoc" ?
J'ai conscience que ma question n'est pas limpidement posée, mais peut-être quelqu'un comprendra-t-il ce qui me chiffonne ?

en deux : quid des étoiles de matière noire ? j'imagine que la MN sans auto interaction (ou interaction faible telle que Wimp) est là pour expliquer que la MN ne s'effondre pas sur elle-même, mais est-ce satisfaisant ? la page wiki est assez confuse à mon sens, voire un vrai fourre-tout : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...C3%A8re_noire)
ou est-ce idiot de supposer des étoiles de matière noire parce qu'on ne sait pas de quoi est faite cette MN et que les étoiles qu'on connaît sont faites d'hydrogène. A ce titre la MN pourrait donc éventuellement s'effondrer en trous noirs sans être passée par le stade d'étoiles ; corolaire : cette idée rappelle le procédé d'effondrement des TN supermassifs, du coup si les TN supermassifs étaient constitués de MN, cela ne règlerait-il pas "l'observation" troublante de l'absence de MN au centre des galaxies alors que les modèles en prédisent une forte concentration ? (je sais le prix Nobel me tend les bras )

en trois : les UDG et la MN. Les galaxies ultra diffuses telles que Dragonfly ou DF2 semblent receler un profond secret en lien avec la MN et sa présence lors de la formation des galaxies. Les UDG semblent avoir ou beaucoup "trop" de MN ou quasi pas du tout. Savez-vous si des théories essaient actuellement de se concentrer sur les UDG pour expliquer leur relation avec la MN (avec et sans bien entendu) ?

en quatre : connaît-on de façon "robuste" l'abondance de MN dans et autour des galaxies et amas de galaxies aux différents âges de l'Univers ? en tire-t-on des conclusions ?

et enfin en cinq : matière noire et amas globulaires : connaît-on bien la proportion et l'abondance de MN dans et autour des amas globulaires, considérant la position de ces derniers (par rapport à leur galaxie hôte, à son âge etc). De nouveau je reviens à cette question de l'absence apparente de MN au centre des galaxies et à l'abondance des amas globulaires, peut-il y avoir un lien de cause à effet (encore une question un peu nébuleuse, je l'admets ) ?

Et pour finir, une question très générale : ne trouvez-vous pas que l'on cherche à expliquer beaucoup de phénomènes à l'aide de la MN (ex dynamique des étoiles périphériques et formation des structures galactiques, etc) ? ce qu'on appelle "la" matière noire ne pourrait-elle pas être en réalité bien des phénomènes différents répondant pour certains à des perfectionnements de théories déjà existantes (l'électromagnétisme ou autre) ? là encore ma question est très vague, mais je suis toujours frappé de voir les nombreuses occasions de sortir la MN du chapeau pour expliquer des phénomènes étranges (la MN dans les étoiles pour expliquer les différentes abondance de métaux ou autres...) ?

J'ai dû composer la deuxième partie du post un peu pressé par ma petite fille donc pardon d'avance pour les fautes ou mauvaises formulations. J'y reviendrai si besoin !

Merci à tous et bonne journée !
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[Gilgamesh]

Bonjour les gens

bon été pour vous ?

en repensant aux découvertes de cet été justement (DF2 par exemple, vitesse des étoiles au sein des amas globulaires comme ici : http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/20...-des-amas.html) et aux divers problèmes liés à la (aux) matière(s) noire(s) théorisée(s).

ma première question est vraiment simple(iste) : si on fait le raisonnement suivant : matière noire = gravité = Einstein et RG, sait-on si Einstein avait une position sur le concept de matière noire, même si celle supposée par Zwicky, contemporain d'Albert, est différente de celle de Vera Rubin ? Que dirait la RG de la matière noire ? N'est-il pas bizarre ou dérangeant que la théorie "parfaite" de la gravitation qu'est la RG ne dise rien de la matière noire ? Alors on pourrait répondre un truc du genre : la RG n'a pas à s'intéresser spécifiquement à la MN, qui n'est qu'un genre de matière et d'énergie, mais seulement à son impact gravitationnel et à ce titre la MN est considérée par la RG au même titre que toute masse. Pourtant j'ai quand même l'impression qu'il pourrait y avoir un "loup"...

Ben non. La relativité générale nous dis comment marche la gravité, mais elle ne dit strictement rien du contenu de l'univers. C'est pas du tout son rayon.
Einstein est mort en 1955, bien avant que la matière noire prenne le devant de la scène en astro/cosmo.

En bref : la MN est-elle compatible avec la RG sans contorsion intellectuelle et sans paramétrisation "ad hoc" ?
J'ai conscience que ma question n'est pas limpidement posée, mais peut-être quelqu'un comprendra-t-il ce qui me chiffonne ?

L'introduction de MN est sans conséquence côté théorique. Il n'y a d'ailleurs pas à utiliser RG pour ce genre de modélisation, on est en champ faible, la théorie de Newton suffit largement.

en deux : quid des étoiles de matière noire ? j'imagine que la MN sans auto interaction (ou interaction faible telle que Wimp) est là pour expliquer que la MN ne s'effondre pas sur elle-même, mais est-ce satisfaisant ? la page wiki est assez confuse à mon sens, voire un vrai fourre-tout : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...C3%A8re_noire)
ou est-ce idiot de supposer des étoiles de matière noire parce qu'on ne sait pas de quoi est faite cette MN et que les étoiles qu'on connaît sont faites d'hydrogène. A ce titre la MN pourrait donc éventuellement s'effondrer en trous noirs sans être passée par le stade d'étoiles ; corolaire : cette idée rappelle le procédé d'effondrement des TN supermassifs, du coup si les TN supermassifs étaient constitués de MN, cela ne règlerait-il pas "l'observation" troublante de l'absence de MN au centre des galaxies alors que les modèles en prédisent une forte concentration ? (je sais le prix Nobel me tend les bras )

Tout ça est très spéculatif

[Ignatius84]

Merci Gilgamesh pour les deux premiers points, je me doutais que tu me répondrais quelque chose comme ça.

pour les points 3,4 et 5, quelqu'un a-t-il des infos ?

[yves95210]

Bonjour,

à propos de DF2 (dont tu parles dans l'intro de ton message), le post de blog de Stacy McGaugh est intéressant.
Et de manière plus générale, concernant ton point 3, ce nouvel article de S. McGaugh, dont il n'a encore publié que la première partie sur son blog (c'est déjà long). Il y explique pourquoi l'observation de ces galaxies l'a amené à remettre en question l'hypothèse de la MN et l'a convaincu (*) de la validité de la "théorie" MOND, ou en tout cas de la relation empirique établie par Milgrom et de la validité des prédictions faites à l'aide de cette relation.

(*) avec beaucoup de réticences de sa part au début. Je ne résiste pas au plaisir de le citer :

As I was struggling with this issue, I happened to hear a talk by Milgrom. I almost didn’t go. “Modified gravity” was in the title, and I remember thinking, “why waste my time listening to that nonsense?” Nevertheless, against my better judgement, I went. Not knowing that anyone in the audience worked on either LSB galaxies or Tully-Fisher, Milgrom proceeded to derive the MOND prediction:
“The asymptotic circular velocity is determined only by the total mass of the galaxy: V⁴ = a₀GM.”
In a few lines, he derived rather trivially what I had been struggling to understand for months. The lack of surface brightness dependence in Tully-Fisher was entirely natural in MOND. It falls right out of the modified force law, and had been explicitly predicted over a decade before I struggled with the problem.
I scraped my jaw off the floor, determined to examine this crazy theory more closely. By the time I got back to my office, cognitive dissonance had already started to set it. Couldn’t be true. I had more pressing projects to complete, so I didn’t think about it again for many moons.

When I did, I decided I should start by reading the original MOND papers. I was delighted to find a long list of predictions, many of them specifically to do with surface brightness. We had just collected fresh data on LSB galaxies, which provided a new window on the low acceleration regime. I had the data to finally falsify this stupid theory.
Or so I thought. As I went through the list of predictions, my assumption that MOND had to be wrong was challenged by each item. It was barely an afternoon’s work: check, check, check. Everything I had struggled for months to understand in terms of dark matter tumbled straight out of MOND.

I was faced with a choice. I knew this would be an unpopular result. I could walk away and simply pretend I had never run across it. That’s certainly how it had been up until then: I had been blissfully unaware of MOND and its perniciously successful predictions. No need to admit otherwise.
Had I realized just how unpopular it would prove to be, maybe that would have been the wiser course.

[A voir en vidéo sur Futura]

[yves95210]

Et pour finir, une question très générale : ne trouvez-vous pas que l'on cherche à expliquer beaucoup de phénomènes à l'aide de la MN (ex dynamique des étoiles périphériques et formation des structures galactiques, etc) ? ce qu'on appelle "la" matière noire ne pourrait-elle pas être en réalité bien des phénomènes différents répondant pour certains à des perfectionnements de théories déjà existantes (l'électromagnétisme ou autre) ?

Je ne comptais pas m'aventurer à répondre à cette dernière question. Mais d'un autre côté je ne vais pas ouvrir un n-ième fil sur la matière noire, donc je saisis l'occasion.
Il y a au moins un modèle de matière noire (pas les WIMPs!) qui permet de rendre compte de la diversité de ces phénomènes, en l'expliquant par un changement de phase : la matière noire superfluide de L. Berezhiani et J. Khoury. Et ce modèle vient de passer un nouveau test avec succès, selon le tout récent post de blog de Sabine Hossenfelder, que je vous invite à lire car il introduit bien le sujet (en anglais, mais si nécessaire je peux le traduire rapidement).

[Ignatius84]

Merci Yves pour tes contributions. Présentement je suis multi occupé, mais je reviens sur le fil sous peu.

[yves95210]

Et de manière plus générale, concernant ton point 3, ce nouvel article de S. McGaugh, dont il n'a encore publié que la première partie sur son blog (c'est déjà long). Il y explique pourquoi l'observation de ces galaxies l'a amené à remettre en question l'hypothèse de la MN et l'a convaincu (*) de la validité de la "théorie" MOND, ou en tout cas de la relation empirique établie par Milgrom et de la validité des prédictions faites à l'aide de cette relation.

S. McGaugh vient de poster la suite de cet article sur son blog. Toujours aussi intéressant, aussi bien pour les informations que ça apporte que pour comprendre sa démarche (et ses doutes).
J'aimerais bien que ceux qui prétendent tout expliquer par la matière noire aient une démarche aussi rigoureuse et basée sur les faits expérimentaux.

Et entre temps il avait également posté ceci : Astronomical Acceleration Scales, qui met bien en perspective la question de la divergence de la relation masse / accélération prédite par la gravitation newtonienne. Certaines des questions et les réponses de McGaugh dans les commentaires sur article méritent d'être lues.