Matière noire, quarks and all that

[Deedee81]

J'en oublie le : salut

Concernant les anomalies de Arp. Bien sûr que c'est réglé (et oui, Daniel joue encore à son "je sais tout car je l'ai lu et même quand c'est écrit sur du papier hygiénique j'y crois plus qu'à vos messages").

J'en avais longuement discuté avec un type persuadé de la validité des thèses de Arp, sur un forum non modéré. Arp avait relevé toute une série d'anomalies comme des galaxies à redshift très différents et reliées par un pont.
Le soucis est que bon nombre de galaxies présentent des jets (bien compris) et que la simple coïncidence peut faire passer ça devant une autre galaxie donnant l'impression d'un pont.... qui n'existe pas.

Soucis bis, je n'étais pas en mesure de calculer le nombre (probabiliste) de coïncidences. Et donc de comparer aux données de Arp (me souviens plus du nombre, moins d'une centaine de mémoire).
Plus tard (mais beaucoup trop tard pour en discuter avec ce type) j'ai vu un tel calcul !!!! C'était dans l'étude non pas d'une réfutation de Arp mais dans l'étude des lentilles gravitationnelles.
C'est évidemment là très important d'estimer le nombre de galaxies situées en avant plan d'autres objets.
Et le chiffre obtenu était environ cent fois plus élevé que le nombre de cas répertorié par Arp.
EDIT croisement avec stefjm, merci pour le lien

Notons que bien d'autres choses ont ainsi été réfutées (d'autres auteurs, pas que Arp) mais pour d'autres recherches. Sans qu'on dise explicitement "untel avait tort". Un exemple est la lumière fatiguée qui a été réfutée par l'étude des chandelles cosmiques données par les super novae (il y a DEUX paramètres a priori indépendants : la durée de la courbe de luminosité et le redshit, la lumière fatiguée ne pouvant jouer que sur un seul contrairement au redshift). Même si là j'avais lu il y a pas mal d'années que cette hypothèse était réfutée (dans PLS) mais ils ne citaient ni son inventeur ni un de ses principal défendeur (indice : c'est lui qui a inventé le terme "la théorie du grand boum").

Il n'y a rien à faire : pour faire des affirmations il faut être un expert. Et quand on fait des affirmations sans être un expert : PAF le gourdin vert fini par tomber.
-----

[Deedee81]

Il n'y a rien à faire : pour faire des affirmations il faut être un expert. Et quand on fait des affirmations sans être un expert : PAF le gourdin vert fini par tomber.

Et donc, je ne vais pas encore sanctionner (ou en est à l'épaisseur d'un poil de cuisse de mouche), mais je nettoie ce fil.

Merci,

[Daniel1958]

Tu te crois dans un de ces bouquins ? C'est Futura Science ici, avec ses règles. Et non, on ne donne pas son ressenti (ou pire sa vie privée).

Bonjour

J'arrête de faire des suppositions, vous avez raison ça ne sert à rien. Mais je pense continuer à poser des questions sur des sujets que je ne comprendrais pas (mais sans jugement de ma part simplement comment).

On m'avait donné les liens pour le langage Latex. Un il me semble pour le langage et le deuxième pour son utilisation sur le forum.

Pourrais-tu me les redonner ?

Sinon vraiment super cette nouvelle interface.

Cordialement

[stefjm]

Sinon vraiment super cette nouvelle interface.

C'est l'ancienne.
C'était mieux avant...

[Daniel1958]

J'en oublie le : salut

Concernant les anomalies de Arp. Bien sûr que c'est réglé (et oui, Daniel joue encore à son "je sais tout car je l'ai lu et même quand c'est écrit sur du papier hygiénique j'y crois plus qu'à vos messages").

J'en avais longuement discuté avec un type persuadé de la validité des thèses de Arp, sur un forum non modéré. Arp avait relevé toute une série d'anomalies comme des galaxies à redshift très différents et reliées par un pont.
Le soucis est que bon nombre de galaxies présentent des jets (bien compris) et que la simple coïncidence peut faire passer ça devant une autre galaxie donnant l'impression d'un pont.... qui n'existe pas.

Soucis bis, je n'étais pas en mesure de calculer le nombre (probabiliste) de coïncidences. Et donc de comparer aux données de Arp (me souviens plus du nombre, moins d'une centaine de mémoire).
Plus tard (mais beaucoup trop tard pour en discuter avec ce type) j'ai vu un tel calcul !!!! C'était dans l'étude non pas d'une réfutation de Arp mais dans l'étude des lentilles gravitationnelles.
C'est évidemment là très important d'estimer le nombre de galaxies situées en avant plant d'autres objets.
Et le chiffre obtenu était environ cent fois plus élevé que le nombre de cas répertorié par Arp.
EDIT croisement avec stefjpm, merci pour le lien

Notons que bien d'autres choses ont ainsi été réfutées (d'autres auteurs, pas que Arp) mais pour d'autres recherches. Sans qu'on dise explicitement "untel avait tort". Un exemple est la lumière fatiguée qui a été réfutée par l'étude des chandelles cosmiques données par les super novae (il y a DEUX paramètres a priori indépendants : la durée de la courbe de luminosité et le redshit, la lumière fatiguée ne pouvant jouer que sur un seul contrairement au redshift). Même si là j'avais lu il y a pas mal d'années que cette hypothèse était réfutée (dans PLS) mais ils ne citaient ni son inventeur ni un de ses principal défendeur (indice : c'est lui qui a inventé le terme "la théorie di grand boum").

Il n'y a rien à faire : pour faire des affirmations il faut être un expert. Et quand on fait des affirmations sans être un expert : PAF le gourdin vert fini par tomber.

Je te remercie effectivement il semble selon le livre de Madame Suzy-Collins-Zhan que cela soit un effet statistique. Il recherchait systématiquement les anomalies Mais elle écrit

C'est un débat qui n'est pas près d'être clos puisqu'on estime des probabilities différant d'un million entre les unes et les autres. Mais elle rajoute que les quasars sont distribués de façon inhomogène. il est difficile de leur appliquer des règles de probabilité et ceux constatés (les 99%) restant répondent à la norme

J'avais conclu sur

C'est un débat qui n'est pas près d'être clos

et sur l'idée de jp...

Il faut savoir reconnaitre ses torts

Cordialement

[yves95210]

Salut,

Concernant les anomalies de Arp. Bien sûr que c'est réglé (et oui, Daniel joue encore à son "je sais tout car je l'ai lu et même quand c'est écrit sur du papier hygiénique j'y crois plus qu'à vos messages").
(...)
Notons que bien d'autres choses ont ainsi été réfutées (d'autres auteurs, pas que Arp) mais pour d'autres recherches. Sans qu'on dise explicitement "untel avait tort". Un exemple est la lumière fatiguée qui a été réfutée par l'étude des chandelles cosmiques données par les super novae (il y a DEUX paramètres a priori indépendants : la durée de la courbe de luminosité et le redshit, la lumière fatiguée ne pouvant jouer que sur un seul contrairement au redshift).
(...)
Il n'y a rien à faire : pour faire des affirmations il faut être un expert.

Ou à défaut, les sourcer à partir de références à jour (et publiées en bonne et due forme), surtout lorsqu'il s'agit de résultats d'observations et connaissant les progrès réalisés dans ce domaine durant les cinquante dernières années.
Et faire une recherche pour vérifier qu'il n'y a pas eu de publications réfutant l'interprétation de ces résultats sur la base de données plus récentes.(*)

Il ne suffit pas qu'un article publié il y a plusieurs décennies, même par un scientifique reconnu, évoque une anomalie (un résultat d'observation qui lui semble réfuter le modèle en vigueur) et propose un modèle alternatif pour que celui-ci ait encore aujourd'hui le moindre intérêt, sauf si on s'intéresse à l'histoire de la physique ou à l'épistémologie (Daniel ferait bien de lire la page citée par stefjm, et l'article en lien dans cette page).

(*) PS : mais tout ça demande quand-même un minimum de compréhension du sujet et souvent (malheureusement) d'être capable de lire (et de faire une recherche) en anglais.

[Deedee81]

Latex : https://forums.futura-sciences.com/m...-de-forum.html

[Deedee81]

Mais elle écrit

Sur le fait que le débat n'est pas clos.

Il y en aura toujours pour remettre en cause le modèle standard, que ce soit avec de bons arguments, des arguments fallacieux ou.... pas d'argument du tout.
Et toutes les théories / modèles... évoluent.

Donc bien entendu que tout n'est pas clos. Mais il est impossible de parler de cette évolution du modèle standard ici, non pas à cause du point 6 (bien que ça joue) mais parce que on n'a pas de boule de cristal
Comment savoir ce qu'on découvrira demain ????

[pachacamac]

@ Daniel,

En tout cas, grâce à toi, hier et aujourd’hui j'ai découvert Christian Arp et ses "anomalies", merci.

A propos du Latex et de son utilisation sur le forum, si tu débutes je te conseille de :

- 1 rechercher des formules que tu penses avoir à utiliser. (y en un plein dans ce forum où le forum de math)
- 2 les recopier en faisant dans chaque post qui les contient "répondre avec citation" et en copiant la formules en latex (que tu sauvegardera quelques part).
- 3 quand tu veux les utiliser, telle quelle ou avec quelques modifications tu n'aura plus qu'à les coller dans ton post et faire ensuite ces quelques modifications pour l'adapter à ta question.

[stefjm]

Halton Arp :
https://en.wikipedia.org/wiki/Halton_Arp
https://lempel.pagesperso-orange.fr/...edshift_03.htm

[Deedee81]

[QUOTE=pachacamac;7064294
A propos du Latex et de son utilisation sur le forum, si tu débutes je te conseille de :
[/QUOTE]

C'est très juste. C'est souvent comme ça que je fais. Principe de facilité

[yves95210]

Il y en aura toujours pour remettre en cause le modèle standard, que ce soit avec de bons arguments,

et il y en a...
Mais il faut faire la part des choses entre d'anciens bons arguments qui ont été réfutés, d'autres qui ne l'ont pas (encore ?) été, et de nouveaux bons arguments issus d'observations récentes (techniquement impossibles auparavant) dont les résultats n'étaient pas prédits par le modèle standard alors qu'ils l'étaient éventuellement par un modèle alternatif.

Donc bien entendu que tout n'est pas clos. Mais il est impossible de parler de cette évolution du modèle standard ici, non pas à cause du point 6 (bien que ça joue) mais parce que on n'a pas de boule de cristal

Il est néanmoins possible de parler des travaux sur des modèles alternatifs, du moment que ceux-ci se poursuivent, en particulier parce qu'ils répondent à certains des problèmes ouverts concernant le modèle standard, que leurs prédictions éventuellement distinctes de celles du modèle standard n'ont pas été réfutées, et qu'ils continuent de donner lieu à des publications.

Mais ça demande un minimum d'esprit critique (pas seulement vis-à-vis du modèle standard !), et donc aussi un minimum de connaissance du sujet (cf. mon message précédent). Il faut au moins avoir bien compris les fondements théoriques du modèle standard, l'ensemble des résultats expérimentaux qui ont fait son succès (et que les modèles alternatifs doivent a minima être capables d'expliquer), la nature des problèmes ouverts et les raisons pour lesquelles le modèle n'est éventuellement pas capable d'y répondre à l'aide de "simples" ajustements de ses paramètres.

Remarque : sur ce dernier point, l'épistémologie a aussi un rôle à jouer. Un modèle basé sur l'existence postulée de particules ou de champs, dont la nature physique est inconnue et dont il suffit de postuler de nouvelles propriétés exotiques (ou d'inventer un nouveau type de particules) pour expliquer a posteriori des observations non conformes aux prédictions, est par essence non réfutable.
D'autre part (mais ça va au-delà du sujet de ce fil, la matière noire), les hypothèses même sur lesquelles est basée la métrique FLRW, fondement du modèle standard, ne sont justement que ça, des hypothèses. Autant, vu le manque de données à l'époque (il y a près d'un siècle), l'hypothèse d'un univers spatialement homogène et isotrope à "assez grande" échelle était raisonnable, autant il semble aujourd'hui que cette échelle doive être prise de plus en plus grande pour que la métrique FLRW reste applicable, ce qui rend de plus en plus douteuse la démarche consistant à considérer que l'univers continue d'évoluer globalement comme le modèle FLRW et qu'il suffit de traiter ses inhomogénéités (de densité d'énergie, de courbure, de taux d'expansion local) comme de petites perturbations dont la moyenne s'annule miraculeusement à grande échelle.

[Deedee81]

et il y en a...
Mais il faut faire la part des choses entre d'anciens bons arguments qui ont été réfutés, d'autres qui ne l'ont pas (encore ?) été, et de nouveaux bons arguments issus d'observations récentes (techniquement impossibles auparavant) dont les résultats n'étaient pas prédits par le modèle standard alors qu'ils l'étaient éventuellement par un modèle alternatif.

Tout juste. Un bon exemple sans doute est la découverte des anomalies dans la constante de Hubble.
(voir par exemple : https://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2...mesure-et.html)
Lors d'un congrès d'astrophysique un peu avant les covid, les astrophysiciens s'étaient méchamment engueulés sur ce sujet
(enfin bon, il y a une trentaine d'années ils en étaient même venus aux mains, on est humain avant d'être scientifique)

Et bien entendu, diverses idées tentent de comprendre, certaines plus "osées" que d'autres. Mais quelle que soit la raison, ça reste à vérifier.
Et d'accord avec la suite (plus nuancée que ma phrase un peu courte)

Concernant la fin de ton message sur inhomogénéités, j'avais lu des trucs mais il y a pas mal de temps et.... aurais-tu des news plus récentes ?

[Daniel1958]

@ Daniel,

En tout cas, grâce à toi, hier et aujourd’hui j'ai découvert Christian Arp et ses "anomalies", merci.

A propos du Latex et de son utilisation sur le forum, si tu débutes je te conseille de :

- 1 rechercher des formules que tu penses avoir à utiliser. (y en un plein dans ce forum où le forum de math)
- 2 les recopier en faisant dans chaque post qui les contient "répondre avec citation" et en copiant la formules en latex (que tu sauvegardera quelques part).
- 3 quand tu veux les utiliser, telle quelle ou avec quelques modifications tu n'aura plus qu'à les coller dans ton post et faire ensuite ces quelques modifications pour l'adapter à ta question.

Merci

Cordialement

[yves95210]

Concernant la fin de ton message sur inhomogénéités, j'avais lu des trucs mais il y a pas mal de temps et.... aurais-tu des news plus récentes ?

Il vaudrait mieux en parler ailleurs que dans un fil consacré à la matière noire (et aux hexaquarks et autres particules composites ou "strange nuggets"). Mais j'ai la flemme d'ouvrir un nouveau fil sur le sujet (il y en a déjà, faudrait faire une petite recherche).

Déjà, parmi les "news récentes" (si on peut dire puisqu'il s'agit plutôt d'une absence de news), il y a la persistance de l'absence d'explications dans le cadre du modèle LambdaCDM (sans "nouvelle physique") de la discordance entre, d'un côté, l'ensemble des mesures de Ho faites dans l'univers récent par diverses méthodes et, de l'autre, la valeur de Ho calculée selon le modèle LambdaCDM à partir des paramètres issus de l'observation du CMB.
Ne restent pour le moment (à part l'hypothèse de moins en moins crédible d'une accumulation d'erreurs systématiques) que les explications basées justement sur une mauvaise prise en compte de l'inhomogénéité croissante de l'univers, soit au niveau local (on serait situé dans une très vaste zone de sous-densité), soit de manière plus globale parce que la métrique FLRW ne constituerait qu'une approximation à grande échelle, de moins en moins bonne à mesure que les inhomogénéité s'accroissent (cf. par exemple les travaux de Buchert dont j'ai déjà parlé à de nombreuses reprises).

Ou, dans un autre ordre d'idée, plusieurs publications récentes qui pointent vers une anomalie dipolaire du CMB qui ne serait pas due exclusivement à notre mouvement propre (celui de notre groupe local de galaxies sous l'influence gravitationnelle des grandes structures "proches"). Voir par exemple cet exposé de S. Sarkar (abstract et conclusion ci-dessous), et les publications auxquelles il se réfère, ou celle-ci.

In the LCDM cosmological model it is assumed that the universe is statistically isotropic and homogeneous when averaged on scales ≳100 Mpc. That the CMB has a large dipole anisotropy is explained as due to our ‘peculiar motion’ because of local inhomogeneity. There should then be a similar dipole in the sky distribution of high redshift sources. Using a catalogue of 1.4 million quasars we find this standard expectation is rejected at 4.9σ.
This calls into question the usual practice of boosting to the ‘CMB frame’ to analyse cosmological data. In the heliocentric frame the acceleration of the Hubble expansion rate is also found to be a dipole, aligned with the CMB, at 3.9σ confidence. It can no longer be argued that this acceleration can be made to look isotropic by boosting to the CMB frame … and interpreted as due to Λ.

A ‘tilted’ Universe?

• There is a dipole in the recession velocities of host galaxies of supernovae
  ⇒ we are in a ‘bulk flow’ stretching out well beyond the scale at which the universe supposedly becomes statistically homogeneous
• The inference that the Hubble expansion rate is accelerating may be an artefact of this bulk flow - the acceleration is mainly a dipole aligned with the flow, and the monopole drops in significance to be consistent with zero
• The rest frame in which distant quasars are isotropic ≠ rest frame of the CMB
  Could this be an indication of new horizon-scale physics (Gunn 1988, Turner 1991)?

The standard assumptions of isotropy and homogeneity are questionable
… and so is the inference that the universe is dominated by dark energy

[Deedee81]

Ce n'est pas les analyses auxquelles je pensais (je pensais aux simulations numériques de l'effet des hétérogénéités locales sur les solutions de l'équation d'Einstein).
Mais c'es particulièrement intéressant, surtout sur l'anisotropie. Ce fut une hypothèse précoce mais peut suivie. Mais si les données vont dans ce sens, c'est à suivre, de près

[yves95210]

je pensais aux simulations numériques de l'effet des hétérogénéités locales sur les solutions de l'équation d'Einstein

De ce côté, j'ai l'impression que rien n'a été fait de très concluant. Pas étonnant(*) selon un papier récent de Buchert & al. (2022) qui établit le formalisme qui, selon eux, devrait être utilisé (et qui ne l'était donc pas dans les simulations précédentes, dont tu trouveras les références dans l'article).
Cf. ci-dessous un extrait de la partie Discussion de cet article (précédé d'un extrait de l'abstract):

Abstract : (...) In this paper, we go beyond the usual assumptions in cosmology and propose a formalism for averaging the local general relativistic spacetime on an observer’s past null cone: we formulate average properties of light fronts as they propagate from a cosmological emitter to an observer. The energymomentum tensor is composed of an irrotational dust source and a cosmological constant – the same components as in the ΛCDM model for late cosmic times – but the metric solution is not a priori constrained to be locally homogeneous or isotropic. This generally makes the large-scale dynamics depart from that of a simple Friedmann–Lemaˆıtre–Robertson– Walker solution through ‘backreaction’ effects. Our formalism quantifies such departures through a fully covariant system of area-averaged equations on the light fronts propagating towards an observer, which can be directly applied to analytical and numerical investigations of cosmic observables. For this purpose, we formulate light front averages of observable quantities, including the effective angular diameter distance and the cosmological redshift drift and we also discuss the backreaction effects for these observables.

Discussion : (...) Another arena of application of the formalism is that of general relativistic numerical simulations. Cosmological simulations have already been investigated in the context of backreaction and observables; cf. [78,79,11,2,47,48,117] for recent works. In these works, cosmological backreaction was generally found to be small at large scales where observables were also found to agree well with the FLRW prediction, whereas on smaller scales Newtonian simulations of structures combined with relativistic ray tracing could account for distortions of the FLRW background observations. The FLRW metric has thus proven itself robust towards the initial perturbations employed within these simulated universe scenarios. This robustness might seem surprising given the highly non-linear structures which are allowed to develop in these codes. However, this may be related to the fact that a foliation that inherits the properties of the longitudinal gauge of standard perturbation theory is present throughout the cosmic evolution of these simulations despite the presence of non-linear structures [80,42]. Furthermore, the global architecture remains that of Newtonian cosmology of a flat 3-torus topology, which forces the global model to evolve according to the assumed background cosmology. These are conjectures that should be examined in future works, together with the question of which type of initial perturbations and topological constraints may cause the FLRW solution to be globally unstable as a model for the average evolution, an instability that generically occurs in a dynamical system analysis of the averaged 3 + 1 system [140], pointing to negative average curvature on large scales [30].
The formalism developed in this paper sheds light on the conditions that must be satisfied for backreaction to be present in the context of observables, and may lead to interesting developments on simulated spacetime scenarios with backreaction.

(*) et pas étonnant non plus que les travaux sur ce sujet n'avancent pas plus vite : ce n'est que depuis 2017 qu'il a droit à un programme de recherche dédié (et financé)

[yves95210]

PS : et voici un court article (2018) qui présente la démarche suivie par Buchert et ses collègues. Comme tu vois, tout ça est assez récent, même si les premiers travaux de Buchert sur le sujet datent des années 1990.

Il faudra donc être patient, les résultats numériques (s'il y en a) risquent de ne pas arriver tout de suite. Mais pour moi, ça reste une piste prometteuse, et beaucoup moins spéculative que toutes les hypothèses basées sur une "nouvelle physique" (dont sont surtout friands les physiciens des particules, qui en ont sans-doute marre d'être enfermés dans leur modèle standard). En l'occurrence il n'y aucune nouvelle physique, puisqu'il s'agirait "seulement" d'appliquer correctement la relativité générale...

[Deedee81]

Salut,

Aaaaaah d'accord. Merci, je comprend beaucoup mieux. Et on patientera

[yves95210]

Salut,

Pour en revenir au sujet des hypothétiques particules de "matière noire" et du (faux ?) débat matière noire vs. gravitation modifiée, voici ce qu'en disait Sabine Hossenfelder en septembre 2021, dans un article de son blog, transcription d'une vidéo en anglais que vous pourrez suivre si vous préférez. J'en colle la traduction ci-dessous bien que ce soit un peu long, pour que tous les lecteurs ou membres du forum (même Daniel...) y aient accès sans la barrière de la langue.

En effet il me semble qu'elle présente la question de manière assez complète (sans rentrer dans les "détails techniques": ça reste de la vulgarisation) et plutôt objective, même si on peut ne pas être d'accord avec sa conclusion. En 2021 elle favorisait sans-doute l'hypothèse de la matière noire superfluide; je ne sais pas si son point de vue a changé, en particulier depuis la publication des résultats d'une étude qu'elle a conduite avec S. McGaugh sur la base des données du catalogue SPARC, qui conclut qu'il est difficile de reproduire les succès de MOND à l'échelle des galaxies à l'aide des modèles de matière noire superfluide proposés jusqu'à présent.

Cela fait un certain temps que nous n'avons pas parlé de la matière noire. C'est pourquoi je souhaite aujourd'hui vous expliquer comment mon opinion sur la matière noire a évolué au cours des vingt dernières années environ. En particulier, je veux discuter de la question de savoir si la matière noire est constituée de particules ou, dans le cas contraire, de ce qu'elle pourrait être d'autre. Commençons.

Tout d'abord, la matière noire est la substance hypothétique qui, selon les astrophysiciens, représente 80 % de la matière de l'univers, soit 24 % de la matière-énergie combinée. La matière noire ne doit pas être confondue avec l'énergie noire. Ce sont deux choses totalement différentes. L'énergie noire est ce qui accélère l'expansion de l'univers, la matière noire est ce qui accélère la rotation des galaxies, mais ce n'est pas la seule chose que fait la matière noire, comme nous le verrons dans un instant.

Mais qu'est-ce que la matière noire ? Il y a 20 ans, je pensais que la matière noire était très probablement constituée d'une sorte de particule que nous n'avons pas encore mesurée. Parce que, eh bien, je suis un physicien des particules de formation. Et si une particule peut expliquer une observation, pourquoi chercher plus loin ? De plus, à l'époque, il y avait un certain nombre de propositions de nouvelles particules qui pouvaient correspondre aux données, comme des particules supersymétriques ou des axions. Ainsi, l'idée que la matière noire est une substance, faite de particules, me semblait plausible et comme une explication évidente.

C'est pourquoi, juste entre nous, j'ai toujours pensé que la matière noire n'était pas un problème particulièrement intéressant. Tôt ou tard, ils trouveront la particule, lui donneront un nom, quelqu'un recevra un prix Nobel et c'est tout.

Mais, eh bien, cela ne s'est pas produit. Les physiciens ont essayé de mesurer les particules de matière noire depuis le milieu des années 1980. Mais personne n'en a jamais vu. Il y a eu quelques anomalies dans les données, mais elles ont toutes disparu après une inspection plus approfondie. Ce qui s'est passé, c'est que certaines observations astrophysiques sont devenues de plus en plus difficiles à expliquer avec l'hypothèse des particules. Avant d'aborder les observations que la matière noire particulaire n'explique pas, je vais d'abord résumer rapidement ce qu'elle explique, à savoir les raisons pour lesquelles les astrophysiciens pensaient qu'elle existait au départ.

Historiquement, les premières preuves de l'existence de la matière noire sont venues des amas de galaxies. Les amas de galaxies sont constitués de quelques centaines à un millier de galaxies qui sont maintenues ensemble par leur attraction gravitationnelle. Elles se déplacent les unes autour des autres, et la vitesse de leur mouvement dépend de la masse totale de l'amas. Plus la masse est importante, plus les galaxies se déplacent rapidement. Il s'avère que les galaxies dans les amas de galaxies se déplacent beaucoup trop vite pour que l'on puisse l'expliquer avec la masse que l'on peut attribuer à la matière visible. Fritz Zwicky a donc émis l'hypothèse, dans les années 1930, qu'il devait y avoir plus de matière dans les amas de galaxies, mais que nous ne pouvions pas la voir. Il l'a appelé "dunkle materie", matière sombre.

C'est une histoire similaire pour les galaxies. La vitesse d'une étoile qui tourne autour du centre d'une galaxie dépend de la masse totale au sein de cette orbite. Mais les étoiles situées dans les parties extérieures des galaxies tournent trop vite autour du centre. Leur vitesse devrait diminuer avec la distance au centre de la galaxie, mais ce n'est pas le cas. Au contraire, la vitesse des étoiles devient approximativement constante à une grande distance du centre galactique. C'est ce que l'on appelle les "courbes de rotation plates". Là encore, on peut expliquer cela en disant qu'il y a de la matière noire dans les galaxies.

Ensuite, il y a les lentilles gravitationnelles. Ce sont des galaxies ou des amas de galaxies qui courbent la lumière provenant d'un objet situé derrière elles. Cet objet apparaît alors déformé et, à partir de la quantité de distorsion, on peut déduire la masse de la lentille. Là encore, la matière visible ne suffit pas à expliquer les observations.

Ensuite, il y a les fluctuations de température dans le fond diffus cosmologique. Ces fluctuations sont ce que vous voyez dans cette carte du ciel. Toutes ces taches ici sont des déviations de la température moyenne, qui est d'environ 2,7 Kelvin. Les taches rouges sont un peu plus chaudes, les taches bleues un peu plus froides que cette moyenne. Les astrophysiciens analysent le fond diffus à l'aide de son spectre de puissance, où l'axe vertical représente le nombre de taches et l'axe horizontal leur taille, avec les plus grandes tailles à gauche et les taches de plus en plus petites à droite. Pour expliquer ce spectre de puissance, il faut à nouveau de la matière noire.

Enfin, il y a la distribution à grande échelle des galaxies, des amas de galaxies et du gaz interstellaire, comme vous le voyez sur l'image de cette simulation informatique. La matière normale à elle seule ne produit pas suffisamment de structure à courte échelle pour correspondre aux observations, et là encore, l'ajout de matière noire résoudra le problème.

Vous voyez donc que la matière noire était une idée simple qui correspondait à un grand nombre d'observations, ce qui explique pourquoi elle était une si bonne explication scientifique. Mais c'était le cas il y a 20 ans. Et ce qui s'est passé depuis, c'est que les observations se sont accumulées que la matière noire ne peut pas expliquer.

Par exemple, la matière noire à particules prédit une densité au cœur des petites galaxies qui atteint un pic, alors que les observations indiquent que la distribution devrait être plate. La matière noire prédit également un trop grand nombre de petites galaxies satellites, c'est-à-dire de petites galaxies qui volent autour d'un hôte plus grand. La Voie lactée, par exemple, devrait en compter plusieurs centaines, mais n'en compte en réalité que quelques dizaines. De plus, ces petites galaxies satellites sont souvent alignées dans des plans. La matière noire n'explique pas pourquoi.

Nous savons également, grâce aux observations, que la masse d'une galaxie est corrélée à la puissance quatre de la vitesse de rotation des étoiles les plus éloignées. C'est ce qu'on appelle la relation baryonique de Tully Fisher et c'est un simple fait d'observation. La matière noire ne l'explique pas. Il en va de même pour la règle de Renzo, selon laquelle si vous observez la courbe de rotation d'une galaxie, pour chaque caractéristique de la courbe de l'émission visible, comme une ondulation ou une bosse, il existe également une caractéristique de la courbe de rotation. Là encore, il s'agit d'un fait d'observation, mais cela n'a absolument aucun sens si l'on pense que la majeure partie de la matière des galaxies est de la matière noire. La matière noire devrait supprimer toute corrélation entre la luminosité et les courbes de rotation.

Ensuite, il y a les collisions d'amas de galaxies à grande vitesse, comme l'amas de la balle (Bullet cluster) ou l'amas El Gordo. Ces collisions sont difficiles à expliquer avec de la matière noire à particules, car la matière noire crée de la friction et cela rend de telles vitesses relatives incroyablement improbables. Oui, vous avez bien entendu, le Bullet cluster est un PROBLÈME pour la matière noire, pas une preuve de celle-ci.

Et, oui, vous pouvez tâtonner avec les simulations informatiques de la matière noire et ajouter de plus en plus de paramètres pour essayer de tout régler. Mais ce n'est plus une explication simple, et ce n'est plus prédictif.

Alors, si ce n'est pas la matière noire, qu'est-ce que cela pourrait être d'autre ? L'explication alternative à la matière noire à particules est la gravité modifiée. L'idée de la gravité modifiée est qu'il ne nous manque pas une source de gravité, mais que la loi de la gravité est erronée.

La gravité modifiée résout toutes les énigmes dont je viens de vous parler. Il n'y a pas de friction, donc les vitesses relatives élevées ne sont pas un problème. Elle a prédit la relation de Tully-Fisher, elle explique la règle de Renzo et les alignements de satellites, elle supprime le problème des pics de densité dans les noyaux galactiques et résout le problème des satellites manquants.

Mais la gravité modifiée ne convient pas au fond diffus cosmologique et à l'univers primitif, et elle pose quelques problèmes avec les amas de galaxies.

Cela ressemble donc à une bataille entre des hypothèses concurrentes, et c'est certainement ainsi qu'elle a été décrite et que la plupart des physiciens y pensent.

Mais il y a un problème. Du point de vue des données, l'explication la plus simple est que la matière noire à particules fonctionne mieux dans certains cas, et la gravité modifiée mieux dans d'autres. Beaucoup d'astrophysiciens répondent à cela : "Si vous avez de la matière noire, pourquoi avoir aussi une gravité modifiée ? Réponse : Parce que la matière noire a des difficultés à expliquer un grand nombre d'observations. À elle seule, elle n'est plus paramétriquement l'explication la plus simple.

Mais attendez, me direz-vous, vous ne pouvez pas simplement utiliser la matière noire pour les observations a, b, c et la gravité modifiée pour les observations x, y, z ! En fait, vous pouvez tout à fait le faire. Rien dans la méthode scientifique ne l'interdit.

Mais surtout, si vous regardez les mathématiques, la gravité modifiée et la matière noire à particules sont en fait très similaires. La matière noire ajoute de nouvelles particules, et la gravité modifiée ajoute de nouveaux champs. Mais en raison de la mécanique quantique, les champs sont des particules et les particules sont des champs, donc c'est la même chose en réalité. La différence réside dans le comportement de ces champs ou particules. C'est ce comportement qui change à l'échelle des galaxies, des amas, des filaments et de l'univers primitif. Nous avons donc besoin d'une sorte de transition de phase qui explique pourquoi et dans quelles circonstances le comportement de ces champs ou particules supplémentaires change, de sorte que nous avons besoin de deux ensembles d'équations différents.

Si l'on considère les choses sous cet angle, on comprend pourquoi nous n'avons pas progressé depuis si longtemps sur la question de la matière noire. Ce ne sont pas les bonnes personnes qui travaillent dessus. Ce n'est pas un problème que l'on peut résoudre avec la physique des particules et la relativité générale. C'est un problème pour la physique de la matière condensée. C'est la physique des gaz, des fluides, des solides et ainsi de suite.

Donc, la conclusion à laquelle je suis arrivé est que la distinction entre la matière noire et la gravité modifiée est une fausse dichotomie. La réponse n'est pas l'une ou l'autre - ou, c'est les deux. La question est simplement de savoir comment les combiner.

Traduit avec www.DeepL.com/Translator (version gratuite)

Remarque : il y a au moins une piste que S. Hossenfelder n'évoque pas, celle d'une application trop approximative de la relativité générale (conduisant en général à se contenter de son approximation newtonienne à l'échelle des galaxies et des amas). Mais de ce côté, je n'ai rien vu de concluant.
En particulier (pour faire le lien avec la question de Deedee au sujet des modèles cosmologiques non homogènes), théoriquement les comportements macroscopiques moyens (à l'échelle des galaxies ou des amas) devraient pouvoir se modéliser rigoureusement à l'aide du formalisme de Buchert(*), et la présence d'un terme de backreaction négatif pourrait conduire à une accélération centripète plus élevée que prévue par la gravitation newtonienne. J'avais vu cette piste évoquée dans des publications, mais je ne sais pas à quel point ça a avancé (ça doit être plus complexe que les simulations cosmologiques à grande échelle, où les galaxies sont représentées par des points...). Mais il y a des publications récentes de Buchert et al. portant sur la formation des structures (par exemple celle-ci ou celle-ci), bien trop pointues pour moi, mais qui montrent qu'ils n'ont pas lâché l'affaire...

(*) dans une version plus compliquée que celle qui s'applique à la cosmologie post-CMB et qui se limite à un fluide parfait irrotationnel, ce qui ne permet évidemment pas de modéliser les galaxies, qu'elles soient supportées par la pression (elliptiques) ou par la rotation (disques).

[Lansberg]

Salut Yves,

Merci pour ce résumé.
Le problème de la matière noire est très bien décrit et ça n'est pas sans rappeler la dualité onde/corpuscule (champs/particules pour la matière noire). Deux aspects d'une même chose. Très intéressant.

[Deedee81]

Je connaissais l'essentiel mais c'est vachement bien vu le rapprochement des particules et de la gravité modifiée. C'est étrange mais je n'y avais jamais pensé
EDIT croisement, Lansberg, bien vu la dualité

Mais il y a un truc que je n'ai pas compris

il y a les collisions d'amas de galaxies à grande vitesse [... Ces collisions sont difficiles à expliquer avec de la matière noire à particules, car la matière noire crée de la friction et cela rend de telles vitesses relatives incroyablement improbables

A priori deux amas pourraient foncer l'un vers l'autre à n'importe quelle vitesse. Pourquoi la friction dans la matière noire rendrait-elle cela improbable ???
Il doit y avoir un truc que je n'ai pas pigé.

Je suis étonné aussi qu'elle dise "pas les bonnes personnes" car le sujet est tellement dans l'air du temps que je pensais qu'on y aurait rencontré beaucoup de compétences variées. Mais je dois dire que je ne connais pas du tout les personnes travaillant dessus. C''est peut-être parce que les personnes concernées (physique des matériaux) ne font pas souvent de l'astrophysique ?

[pachacamac]

Merci à toi et a Sabine Hossenfelder pour cette très bonne vulgarisation.
Cela mérite une image

Amas El Gordo

[mtheory]

voici ce qu'en disait Sabine Hossenfelder

ptn mais elle raconte n'importe quoi.... ce qui ne m'étonne guère, les progrès qui ne vont pas avec la matière noire ce n'est pas une question de théorie mais les expériences de détection qui ne donnent rien, enfin pour le coup de la physique du solide et des transitions de phases, je rappelle d'une part que les gens qui ont proposé le boson de Higgs étaient inspirés par la physique du solide, ce qui est une autre manière de dire que toute personne qui est un bon théoricien des particules élémentaires à des compétences en physique du solide, de facto aussi les modèles d'inflations sont basés sur les transitions de phase, le groupe de renormalisation en physique des particules est connecté à la physique du solide par exemple avec les travaux de Kenneth Wilson et enfin les gens qui ont proposé des transitions de phases pour la matière noire c'est notamment Justin Khoury et Lasha Berezhiani et ce ne sont pas des physiciens du solide. C'est énervant ce comportement qui consiste à systématiquement tomber à côter

[yves95210]

A priori deux amas pourraient foncer l'un vers l'autre à n'importe quelle vitesse. Pourquoi la friction dans la matière noire rendrait-elle cela improbable ???
Il doit y avoir un truc que je n'ai pas pigé.

Tu trouveras peut-être une explication dans cette publication (que je n'ai pas lue).

[mtheory]

En ce qui concerne Thomas Buchert, Françoise Combes m'avait expliqué que la voie qu'il explore n'était pas/plus considérée comme prometteuse.

[mtheory]

Tu trouveras peut-être une explication dans cette publication (que je n'ai pas lue).

la situation n'est pas claire il semble sur ce sujet effectivement si on en croit https://twitter.com/DudeDarkmatter/s...59236462657537

[mtheory]

Salut Yves,

Merci pour ce résumé.
Le problème de la matière noire est très bien décrit et ça n'est pas sans rappeler la dualité onde/corpuscule (champs/particules pour la matière noire). Deux aspects d'une même chose. Très intéressant.

le problème n'est pas des particules nouvelles ou pas mais une théorie de la gravitation modifiée ou pas ! Ce qu'elle raconte est trivial et n'a rien à voir avec le sujet.

[mtheory]

ptn mais elle raconte n'importe quoi.... ce qui ne m'étonne guère, les progrès qui ne vont pas avec la matière noire ce n'est pas une question de théorie mais les expériences de détection qui ne donnent rien, enfin pour le coup de la physique du solide et des transitions de phases, je rappelle d'une part que les gens qui ont proposé le boson de Higgs étaient inspirés par la physique du solide, ce qui est une autre manière de dire que toute personne qui est un bon théoricien des particules élémentaires à des compétences en physique du solide, de facto aussi les modèles d'inflations sont basés sur les transitions de phase, le groupe de renormalisation en physique des particules est connecté à la physique du solide par exemple avec les travaux de Kenneth Wilson et enfin les gens qui ont proposé des transitions de phases pour la matière noire c'est notamment Justin Khoury et Lasha Berezhiani et ce ne sont pas des physiciens du solide. C'est énervant ce comportement qui consiste à systématiquement tomber à côté

https://penntoday.upenn.edu/news/phy...ter-superfluid

[mtheory]

ptn mais elle raconte n'importe quoi.... ce qui ne m'étonne guère, les progrès qui ne vont pas avec la matière noire ce n'est pas une question de théorie mais les expériences de détection qui ne donnent rien, enfin pour le coup de la physique du solide et des transitions de phases, je rappelle d'une part que les gens qui ont proposé le boson de Higgs étaient inspirés par la physique du solide, ce qui est une autre manière de dire que toute personne qui est un bon théoricien des particules élémentaires à des compétences en physique du solide, de facto aussi les modèles d'inflations sont basés sur les transitions de phase, le groupe de renormalisation en physique des particules est connecté à la physique du solide par exemple avec les travaux de Kenneth Wilson et enfin les gens qui ont proposé des transitions de phases pour la matière noire c'est notamment Justin Khoury et Lasha Berezhiani et ce ne sont pas des physiciens du solide. C'est énervant ce comportement qui consiste à systématiquement tomber à côter

C'est standard les rapprochements entre physique du solide et physique des particules élémentaires https://books.google.fr/books?id=mCN...page&q&f=false