Confinement des galaxies?

[pascelus]

Bonjour à tous,


Dans la théorie encore la plus admise au sujet de "l'énergie noire", ce processus qui accélère l'expansion de l'univers, le principal facteur pourrait être le vide. (voir ce post bien détaillé de gilgamesh si besoin)
Mis de coté sa quantification pour le moins inadaptée, il parait logique que sa densité d'énergie baisse avec l'expansion (son énergie résiduelle se dilue dans des volumes de plus en plus grands), jusqu'à devenir de plus en plus négative, exponentiellement. Et c'est là la caractéristique du "fluide" recherché.

D'un autre coté il est admis qu'au sein des galaxies et amas la gravitation (énergie positive) l'emporte. On a donc un espace interne de courbure positive, entouré de vides d'énergie négative donc courbure négative.

Quel serait donc l'impact de ce vide d'énergie négative, donc anti-gravitant, sur les galaxies et amas?

Merci de vos avis avisés.
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[mtheory]

il parait logique que sa densité d'énergie baisse avec l'expansion

La constante cosmologique est positive et pour autant qu'on le sache constante donc si on pense que c'est l'énergie du vide :
-la densité de l'énergie noire est constante, elle ne se dilue pas, la densité de matière baisse elle.
-la densité de l'énergie noire est positive, l'énergie noire est positive.

[pascelus]

La constante cosmologique est positive et pour autant qu'on le sache constante donc si on pense que c'est l'énergie du vide :
-la densité de l'énergie noire est constante, elle ne se dilue pas, la densité de matière baisse elle.
-la densité de l'énergie noire est positive, l'énergie noire est positive.

Oui merci, il faut remplacer "énergie négative" par "pression négative". C'est la pression qui baisse avec l'expansion...
C'est sur l'effet de ce vide qui entoure les galaxies que je m'interroge. Il me semble qu'un tel fluide d'energie positive mais de pression négative doit anti-graviter.

[leopold 11]

La période inflationnaire est-ce un modèle palliatif pour installer le vide de l'espace?
Si nous sommes dans un univers à rebond , ne rebondirions-nous pas dans un vide de l'espace déjà présent .

[A voir en vidéo sur Futura]

[pascelus]

La période inflationnaire est-ce un modèle palliatif pour installer le vide de l'espace?
Si nous sommes dans un univers à rebond , ne rebondirions-nous pas dans un vide de l'espace déjà présent .

Oui peut etre mais cela n'a aucun rapport avec ma question qui est de savoir si l'expansion de l'espace provoque un confinement anti-gravitationnel des galaxies, si cela s'observe, se mesure, se néglige, ou n'est absolument pas le cas, ni ne le sera dans le futur.

[leopold 11]

En développement : La gravité rassemble la matière , en système stellaire , en galaxie , en amas et groupes locaux , en hyper amas et peut-être en un nouveau démarrage d'univers. Tout dépend de l'interaction . Avec le FDC nous redéfinissons l'historique de l'expansion.
Ici peut-être faut-il te demander ce que tu entends par expansion de l'espace ?

Un volume donné de vide de l'espace ne peut se multiplier impunément sans perdre ses qualités physiques de départ . C'est physiquement physique .

Pour le moment peut-être cela sera suffisant .

D'autres viendront peut-être se joindre en une explication suffisante à ton questionnement.

[pascelus]

Pour le moment peut-être cela sera suffisant .

Oui ça suffit merci...

[papy-alain]

Un volume donné de vide de l'espace ne peut se multiplier impunément sans perdre ses qualités physiques de départ . C'est physiquement physique .

Ça, c'est faux, car la densité d'énergie reste constante.

[leopold 11]

Oui tu as raison , mais nous n'avons pas le même point de départ .

Alors je pose … avons-nous des alternatives ? L'inflation lors du BB , qui d'une façon palliative dresse la table pour l'expansion . Un Univers en rebondissement qui ouvre un peu de nouvelles possibilités .

Où puises-tu ton énergie , ton vide de l'espace pour combler ce volume qui se multiplie de façon accélérée.

[papy-alain]

Où puises-tu ton énergie , ton vide de l'espace pour combler ce volume qui se multiplie de façon accélérée.

Pas besoin d'aller puiser de l'énergie quelque part. Les caractéristiques physiques du vide, avec ses fluctuations quantiques, se suffisent à elles-même.
Tu as d'ailleurs l'exemple inverse, avec les photons qui perdent de l'énergie de par le fait de l'expansion. Où passe cette énergie ? Nulle part.
La loi de physique classique "rien ne se perd, rien ne se crée" cesse d'être valable dans un univers en expansion.

[Gilgamesh]

Bonjour à tous,


Dans la théorie encore la plus admise au sujet de "l'énergie noire", ce processus qui accélère l'expansion de l'univers, le principal facteur pourrait être le vide. (voir ce post bien détaillé de gilgamesh si besoin)
Mis de coté sa quantification pour le moins inadaptée, il parait logique que sa densité d'énergie baisse avec l'expansion (son énergie résiduelle se dilue dans des volumes de plus en plus grands), jusqu'à devenir de plus en plus négative, exponentiellement.

La densité d'énergie du vide est constante, et positive.

D'un autre coté il est admis qu'au sein des galaxies et amas la gravitation (énergie positive) l'emporte. On a donc un espace interne de courbure positive, entouré de vides d'énergie négative donc courbure négative.

Quel serait donc l'impact de ce vide d'énergie négative, donc anti-gravitant, sur les galaxies et amas?

Merci de vos avis avisés.

Comme déjà dit, cet effet est nul. Si on envisage la galaxie comme une immense bulle de savon (étanche), son diamètre ne va pas varier. L'espace autours, séparant les galaxies, va s'étendre indéfiniment, mais ça n'exercera pas une pression depuis l'extérieur sur chaque galaxie, parce que la densité d'énergie du vide est exactement la même à l'intérieur et à l'extérieur.

[pascelus]

Comme déjà dit, cet effet est nul. Si on envisage la galaxie comme une immense bulle de savon (étanche), son diamètre ne va pas varier. L'espace autours, séparant les galaxies, va s'étendre indéfiniment, mais ça n'exercera pas une pression depuis l'extérieur sur chaque galaxie, parce que la densité d'énergie du vide est exactement la même à l'intérieur et à l'extérieur.

Ok pour la densité d'énergie du vide. Etant l'état minimal des champs elle ne peut qu'etre à son minimum.
Par contre comment peut-on imaginer ce vide, avec une densité d'énergie constante et positive, mais une pression négative, n'agissant pas sur une courbure négative croissante? En RG elle devrait être comptabilisée pourtant. Et qui dit courbure négative implique répulsion.

[leopold 11]

@ papy-alain

Soit , mais je n'admet ta réponse , cette solution …. seulement que dans un univers à rebond .

[Gilgamesh]

Ok pour la densité d'énergie du vide. Etant l'état minimal des champs elle ne peut qu'etre à son minimum.
Par contre comment peut-on imaginer ce vide, avec une densité d'énergie constante et positive, mais une pression négative, n'agissant pas sur une courbure négative croissante? En RG elle devrait être comptabilisée pourtant. Et qui dit courbure négative implique répulsion.

Non, gravité répulsive et courbure négative sont des concepts à ne pas confondre.

La densité d'énergie du vide est comptabilisé positivement et un univers qui ne comporte que ce fluide tend vers la platitude (univers de De Sitter). Mais cet univers plat est en inflation (c-a-d que la croissance du facteur d'échelle est exponentielle) du fait que la pression est négative et engendre une gravité répulsive.

[pascelus]

La densité d'énergie du vide est comptabilisé positivement et un univers qui ne comporte que ce fluide tend vers la platitude (univers de De Sitter). Mais cet univers plat est en inflation (c-a-d que la croissance du facteur d'échelle est exponentielle) du fait que la pression est négative et engendre une gravité répulsive.

2 remarques svp:

- Sachant que la courbure autour de la matière est positive, et que dans les volumes vide non inflationnaire (mais en expansion?) il est plat aussi, pourquoi dans sa globalité (et sous réserve de mesures sur l'univers plus proche que le CMB) est-il plat?

- Y a t'il une différence autre que quantitative à faire entre le vide en inflation et en expansion au sujet de la gravité répulsive qu'il engendre?

[Gilgamesh]

2 remarques svp:

- Sachant que la courbure autour de la matière est positive, et que dans les volumes vide non inflationnaire (mais en expansion?) il est plat aussi, pourquoi dans sa globalité (et sous réserve de mesures sur l'univers plus proche que le CMB) est-il plat?

A cause de l'inflation qui a tout aplati

Back to the basis. On part de l'équation de Friedmann qui nous donne la dépendance du taux d'expansion au facteur d'échelle et au contenu énergétique de l'univers :



avec H le taux d'expansion pour une valeur donnée a du facteur d'échelle et H₀ sa valeur actuelle (a=1) et où les 4 paramètres Ω₀ dénotent la valeur actuelle du ratio de cette composante à la densité critique et où les lettres r, m, k, Λ dénotent resp. le rayonnement, la matière, la courbure et la cte cosmo.

De ceci, on en déduit que le paramètre de courbure varie comme :



avec k le signe de courbure.


Envisageons 3 cas :

* un univers dominé par la rayonnement (i.e. fraction relativiste) jusqu'à z=3600 :



on remplace H dans l'équation de la courbure par l'expression qu'on vient de déterminer :



Conséquence : la (valeur absolue de la) courbure croit rapidement avec le facteur d'échelle.

* un univers dominé par la matière (i.e. la fraction non relativiste):




La (valeur absolue de la) courbure croit un peu moins rapidement avec le facteur d'échelle.

L'évolution de la courbure lors de ces deux premiers épisodes de l'expansion amène à un problème embarrassant de fine tuning. Considérons l'univers 1 µs après le Big Bang, cette époque (T ~ 1 GeV) correspond à la formation des nucléons, et la physique de l'univers est bien connue depuis ce moment. Le facteur d'échelle a crû d'un facteur T/T₀ ~10¹² (avec T₀ =2,73 K la température actuelle de l'univers). Si on peut dire sans risque aujourd’hui que Ω_k,0 < 10^-4, il faut qu'à 1 µs, Ω_k approche zéro à mieux que 18 décimales. C'est le problème de la platitude.

* un univers dominé par la constante cosmologique (univers de De Sitter):




Cette fois l'effet est inverse : la (valeur absolue de la) courbure décroit, la géométrie de l'univers tend rapidement vers la platitude.


Maintenant on refait l'histoire dans l'autre sens : on part d'un univers inflationnaire, dominée par l'énergie du vide. Dans l'expression 1/a²H², on a H² ~ Ω_Λ qui est monstrueusement élevé et constant et a ~ exp(Ht) qui croit monstrueusement : la courbure disparaît complètement, laminée par la croissance du facteur d'échelle. Puis l'inflation cesse et l'univers se retrouve dans un premier temps dominé par le rayonnement, puis par la matière, puis de nouveau par la cte cosmo. La courbure a recommencé à croître pendant les deux premières ères mais on part d'une platitude tellement prononcée en fin d'inflation, que même après une dizaines de milliards d'années d'évolution, cette courbure n'est toujours pas mesurable, et ne le sera en toute probabilité jamais.

- Y a t'il une différence autre que quantitative à faire entre le vide en inflation et en expansion au sujet de la gravité répulsive qu'il engendre?

Non, pas de différence. L'univers se diluant, et l'énergie du vide redevenant prépondérante, on peut considérer que nous retournons progressivement à un régime inflationnaire, c-à-d un régime d'expansion exponentielle a ~ exp(Ht), après une ère d'expansion dominée par le rayonnement (a ~ t^1/2) suivie d'une ère de matière (a ~ t^2/3).

[pascelus]

A cause de l'inflation qui a tout aplati

J'avais oublié ça!... pratique cette inflation...

Merci pour ces explications.

En tout état de cause, pour chacun des termes de l'équation de Friedman, tu parles de la valeur absolue de la courbure. Dans quels cas cette courbure pourrait-elle etre négative?
Je demande cela car les barres d'erreur issues des observations de Planck cernant la courbure = 0 fluctuent, à 10^-4, y compris en négatif.

Puis-je conclure que l'expansion, causée quel qu'en soit le fluide, par une énergie positive mais provoquant une pression négative, induit bien une inflexion vers le négatif, mais que celle-ci est compensée/neutralisée par l'augmentation du facteur d'échelle?

Au final l'inflation puis l'expansion puis son accélération ont du faire (et font) tendre vers 0 la courbure positive de l'univers?

Il n'en reste pas moins qu'il faudrait conforter cela par des observations précises sur l'univers récent et pas celui du CMB. Ce à quoi doit s’atteler le télescope Euclid à partir de 2021 comme il a été dit dans un autre post récent.

Mais ça c'est à très grande échelle, dans l'univers observable en globalité. Qu'en est-il localement, dans une sphère de rayon 100 al autour de la voie lactée par exemple? C'est là que des inhomogénéités de courbure (et il y en a forcément d'énormes entre l'environnement de SgrA* et le vide intergalactique) me semblaient pouvoir provoquer un "confinement" des galaxies. Largement insuffisant pour se passer de matière noire et expliquer avec les vitesses de rotation trop élevées pour Kepler, mais peut etre influant sur les structures spiralées des galaxies?

[Gilgamesh]

J'avais oublié ça!... pratique cette inflation...

Merci pour ces explications.

En tout état de cause, pour chacun des termes de l'équation de Friedman, tu parles de la valeur absolue de la courbure. Dans quels cas cette courbure pourrait-elle etre négative?
Je demande cela car les barres d'erreur issues des observations de Planck cernant la courbure = 0 fluctuent, à 10^-4, y compris en négatif.

Il faut et il suffit que :

Le signe de courbure ne change pas, s'il était négatif au départ, il restera négatif après l'inflation, mais tellement proche de zéro que ça ne vaut pas la peine d'en parler.

Puis-je conclure que l'expansion, causée quel qu'en soit le fluide, par une énergie positive mais provoquant une pression négative, induit bien une inflexion vers le négatif, mais que celle-ci est compensée/neutralisée par l'augmentation du facteur d'échelle?

Non, vraiment sépare bien les deux notions, tu t'embrouilles.

Au final l'inflation puis l'expansion puis son accélération ont du faire (et font) tendre vers 0 la courbure positive de l'univers?

Uniquement l'inflation avant et après (c-a-d maintenant). Durant l'expansion comme je te l'ai indiqué la courbure augmente et ça pose le pb de fine tuning.

Il n'en reste pas moins qu'il faudrait conforter cela par des observations précises sur l'univers récent et pas celui du CMB. Ce à quoi doit s’atteler le télescope Euclid à partir de 2021 comme il a été dit dans un autre post récent.

Mais ça c'est à très grande échelle, dans l'univers observable en globalité. Qu'en est-il localement, dans une sphère de rayon 100 al autour de la voie lactée par exemple? C'est là que des inhomogénéités de courbure (et il y en a forcément d'énormes entre l'environnement de SgrA* et le vide intergalactique) me semblaient pouvoir provoquer un "confinement" des galaxies. Largement insuffisant pour se passer de matière noire et expliquer avec les vitesses de rotation trop élevées pour Kepler, mais peut etre influant sur les structures spiralées des galaxies?

Le confinement des galaxies, ça s'appelle la gravité...

[pascelus]

Non, vraiment sépare bien les deux notions, tu t'embrouilles.

C'est ça qui m'embrouille:
"g = ρ + 3p
Car en RG, la pression gravite, c'est à dire qu'elle doit être comptabilisée dans la somme des termes qui produisent une courbure de l'espace. Le chiffre 3 devant le terme p est lié aux 3 dimensions spatiales.
Comme p est négative et égale à -ρ, ρ+3p est une quantité négative, ce qui implique une gravité répulsive"

Uniquement l'inflation avant et après (c-a-d maintenant). Durant l'expansion comme je te l'ai indiqué la courbure augmente et ça pose le pb de fine tuning.

C'est aussi pour ça que je t'interrogeais sur la différence entre l'influence de l'inflation par rapport à l'expansion.

[Gilgamesh]

C'est ça qui m'embrouille:
"g = ρ + 3p
Car en RG, la pression gravite, c'est à dire qu'elle doit être comptabilisée dans la somme des termes qui produisent une courbure de l'espace. Le chiffre 3 devant le terme p est lié aux 3 dimensions spatiales.
Comme p est négative et égale à -ρ, ρ+3p est une quantité négative, ce qui implique une gravité répulsive"

Mea culpa, c'est en effet confusant. La paramètre k (le signe de la courbure) est uniquement défini par le paramètre de densité et pas par la pression. Mais la dynamique de l'expansion, elle, si.

L'impact de la pression sur l'évolution du taux d'expansion est visible dans la seconde équation de Friedmann aka équation de Raychaudhuri qui dicte l'évolution du taux d'expansion et qui peut s'écrire:

ä/a = dH/dt + H² ~ -(ρ + 3P)

C'est aussi pour ça que je t'interrogeais sur la différence entre l'influence de l'inflation par rapport à l'expansion.

La différence fondamentale entre les deux c'est la dépendance du facteur d'échelle au temps : une fonction puissance dans le cas de l'expansion (H décroissant), une fonction exponentielle (H constant) dans le cas de l'inflation.

[pascelus]

Ha ok je comprends mieux merci.