cailloux de matière noire

[henryco]

Bonjour,

Je lis sur certains sites que la matière noire sous forme d'elements lourds est exclue car la proportion d'éléments lourds est connue pour être trop faible dans l'univers. Je me demande du coup si l'argument est purement observationnel et dans ce cas invalide car cyclique : si l'essentiel des éléments lourds (je pense surtout au fer et au delà) sont sous forme condensée (cailloux, meteorites, planètes trop petites pour être identifiées par microlentilles gravitationnelles mais trop condensés pour donner lieu à des signatures de diffusion, absorption, réémission de lumière contrairement à de la poussière), la proportion de ces éléments lourds serait donc très sous estimée à tel point qu'ils pourraient constituer l'essentiel de la matière noire.
J'ai donc l'impression, mais mes connaissances sur le sujet sont trop limitées, que quand on exclu des cailloux constitués d'éléments lourds, l'argument est plutôt théorique : d'une part 1) on ne s'attend pas à ce que la nucleosynthèse stellaire ait pu en produire en suffisante quantité et 2) ces éléments ne peuvent être primordiaux.

Si c'est bien le cas, je voudrais donc tenter une brèche dans l'argument de type 2) : je me demande s'il est possible d'imaginer un scenario d'univers ayant rebondi à une température telle que tous les éléments légers hérités d'une phase antérieure auraient été reconvertis en protons (en mettant de coté toutes les questions relatives au type de théorie de la gravité permettant cela) sauf les éléments lourds également hérités du cycle antérieur (expansion et contraction). Au même titre que d'eventuels trous noirs primordiaux (ayant été envisagés puis exclus comme candidats à la matière noire), cette matière condensée constituée d'éléments lourds preexisterait à la RE- nucleosynthèse primordiale et étant non collisionnelle, serait comptabilisée dans la matière "non baryonique" par Planck, c'est à dire la DM , et pourrait encore constituer la DM de notre galaxie étant donné qu'elle passe tous les autres tests d'exclusion locaux (dans la galaxie)...(?)

Certes une phase de contraction atteignant des températures donc énergies telles que tous les noyaux légers seraient re-cassés par le bombardement de protons et d'électrons en éléments simples briserait aussi les éléments lourds ... mais peut être que les noyaux les plus stables comme le fer pourraient survivre. Pour que le scenario marche il faudrait que ces éléments lourds se recondensent rapidement lorsque l'univers se refroidit autrement que sous l'effet de la gravité (avant les premières étoiles) sinon on observerait trop de poussière ferrique primordiale : je vois pas ce qui pourrait permettre cela mais ... (?)

Une autre variante me semble plus interessante : celle selon laquelle la DM serait constituée de naines noires (ultra vieilles naines blanches) une fois de plus héritées de phases antérieures d'évolution de l'univers avant rebond: de tels objets pourraient avoir survecu à une phase de contraction à une température pas trop grande ... ils pourraient alors constituer la DM cosmologique telle qu'estimée par Planck mais pas la DM dans la galaxie (leurs effets de lentille gravitationnelle les auraient démasqués)

Tout cela pour dire que si certains ont vu passer des articles triturant ce genre d'idées spéculatives et bizarres (matière lourde ou condensée autre que trous noirs ayant survécu à une phase de rebond: il le faut necessairement pour que Planck la comptabilise en DM ) n'hesitez pas à m'en faire part ...
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[JPL]

Rappel de la charte du forum :

Toutes idées ou raisonnements (aussi géniaux soient-ils) doivent reposer sur des faits scientifiquement établis et non sur de vagues suppositions personnelles
[....]
D'autre part la seule vocation de Futura-Sciences étant la vulgarisation scientifique de bon niveau ce n'est pas le lieu [...] pour l'exposé de théories strictement personnelles. Une telle démarche aurait sa place uniquement dans un séminaire ou un congrès scientifique.

[henryco]

Fait scientifiquement établi par Planck (en tout cas largement admis ) : il y a de la DM non collisionnelle en phase radiative.
Théories très à la mode en ce moment : on ne compte plus les publis avec des scenarios d'univers rebondissants (pour essayer d'obtenir le bon spectre de fluctuations sans inflation , pour eviter la singularité initiale , tout cela lié à des idées de gravité quantique ): ce n'est donc pas une théorie géniale ni même originale ni même personnelle que j'envisage ...

d'où la question qui se pose tout naturellement : si dans les phases anterieures d'evolution de l'univers des objets compacts se sont formés , auraient ils pu survivre (à quelle condition) à une phase de contraction et de rebond si ce ne sont pas des trous noirs? La question que je pose est si il y a des publis la dessus. Je me doute qu'il doit y en avoir mais je n'arrive pas à les trouver...

C'est donc une simple question et pas la promotion d'une théorie géniale personnelle n'en déplaise à la modération ... en fait la charte de FS c'est apparemment qu'il est desormais interdit de se poser des questions qui ne soient pas suffisamment élémentaires pour garantir que les modérateurs aient des réponses toutes prêtes ? je croyais être pourtant sous la rubrique "débat scientifique" : un débat scientifique va necessairement au delà de la simple vulgarisation... et si les forums scientifiques ne permettent pas de le faire , on se demande en quel lieu privilégié cela sera encore concevable ...

[albanxiii]

C'est donc une simple question et pas la promotion d'une théorie géniale personnelle n'en déplaise à la modération ... en fait la charte de FS c'est apparemment qu'il est desormais interdit de se poser des questions qui ne soient pas suffisamment élémentaires pour garantir que les modérateurs aient des réponses toutes prêtes ?

Non, le but c'est d'éviter d'aligner des mots savants sans savoir ce que l'on dit en espérant que les autres soient impressionnés et perdent leur temps à essayer d'en tirer un sens quelconque.

Exemple :

il y a de la DM non collisionnelle en phase radiative.

[A voir en vidéo sur Futura]

[henryco]

Ben l'analyse du CMB permet de connaitre la fraction totale de matière mais aussi la fraction sous forme de baryons (hauteur relative des pics principaux et secondaires) au sortir de l'ère radiative: la différence entre les deux c'est de la DM (matière noire) qui n'est quasiment pas couplée aux photons: non collisionnelle dans ce sens. Par exemple d'eventuels trous noirs primordiaux sont non collisionnels et auraient pu contribuer à la DM: leur interaction avec les photons ou même entre eux est négligeable du fait qu'ils sont tres compacts ce qui reduit leur section efficace d'interaction. Mais n'importe quel objet compact (pas seulement les trous noirs) même s'il est constitué de baryons aurait la même propriété (d'être peu interagissant avec le fluide noyaux-electrons-photons) et serait comptabilisé dans la DM plutot que dans la fraction de matière baryonique par Planck et Wmap. Les mots savants que j'utilise sont juste ceux que tout le monde utilise pour parler de la même chose autant que je sache ...

[henryco]

Il me semble que le fait que la DM soit non collisionnelle au sens ou elle interagit également peu avec elle même est plutôt indiqué par des analyses dans l'univers actuel (bullet cluster collision par exemple)... mais si la DM ne s'est pas transformée entre le découplage et maintenant elle devait être déjà collisionless à l'époque : ...

Je ne vois donc toujours pas ce qui cloche dans la phrase : "il y a de la DM non collisionnelle en phase radiative"

[Deedee81]

Salut,

Je ne vois donc toujours pas ce qui cloche dans la phrase

Ce qui cloche : un manque total de clarté.

Ceci dit le message 5 est plus clair.

Mais tu as une fâcheuse tendance à aligner les mots un peu n'importe comment dans, en plus, de fameuses tartines (*). Bon, d'accord, on n'est pas tous Shakespeare (et certainement pas moi) et toi tu connais sans doute bien le sujet, mais quand même.... Savoir communiquer (sur un forum) est un art qu'il faut savoir maîtriser.
(*) à tel point que l'objet du débat reste assez flou (encore un coup de la matière noire : voici le débat sombre )

[Nicophil]

Bonjour,

Ben l'analyse du CMB permet de connaitre la fraction totale de matière mais aussi la fraction sous forme de baryons (hauteur relative des pics principaux et secondaires) au sortir de l'ère radiative: la différence entre les deux c'est de la DM (matière noire) qui n'est quasiment pas couplée aux photons: non collisionnelle dans ce sens.
Mais n'importe quel objet compact même s'il est constitué de baryons aurait la même propriété et serait comptabilisé dans la DM plutot que dans la fraction de matière baryonique par Planck et Wmap.

DM = Dunkle Materie
Dès Zwicky (1933), on pouvait supputer qu'une très grande partie de la matière baryonique est de la DM.

[Nicophil]

le fait que la DM soit non collisionnelle au sens où elle interagit également peu avec elle même est plutôt indiqué par des analyses dans l'univers actuel... mais si la DM ne s'est pas transformée entre le découplage et maintenant elle devait être déjà collisionless à l'époque

Excellent : le C dans "lambda-CDM" ne serait pas pour cold mais pour collisionless !

5/6 de la matière du cosmos est de la Collisionless Dunkle Materie nous dit la collaboration Planck, mais quant à savoir s'il s'agit de matière baryonique ou non, qu'est-ce qu'on en sait ?

[henryco]

Salut,



Ce qui cloche : un manque total de clarté.

Ceci dit le message 5 est plus clair.

Bon d'accord je reconnais que j'aurais pu relire au moins une fois mon premier post (j'ai du mal à le comprendre en le relisant)... mais je sortais de la sieste (dans un contexte de canicule ecrasante) avec ce truc en tête et il fallait que ca sorte tout de suite sinon j'aurais oublié ... et justement l'onglet forum FS etait ouvert sur mon navigateur ... forcément un signe qu'il allait enfin servir à qq chose!
Ceci dit à tête reposée ca se décode...

[henryco]

"Dès Zwicky (1933), on pouvait supputer qu'une très grande partie de la matière baryonique est de la DM." Mais aujourd'hui , l'étude du CMB notamment rend cette hypothèse quasi intenable: car a l'époque de l'émission du CMB la matière baryonique n'est pas censée se trouver sous une autre forme que des noyaux légers qui devraient tous participer aux oscillations du fluide contrairement à la Matière Noire.

Pour qu'il y ait eu à cette époque de la matière baryonique déjà sous une autre forme (compacte, noyaux lourds, ...) il faut que celle-ci se soit formée dans un univers froid produisant des etoiles , donc soit dans une phase antérieur au "big bang rebond" (mais alors il aurait fallu que ce rebond ne se produise pas à trop haute température sous peine de détruire cette forme de matière baryonique), soit dans un autre univers capable d'injecter de la matière dans le notre : par exemple si ce transfert s'effectue en phase radiative à un z ultérieur à la nucleosynthèse primordiale: cette injection de matière baryonique contribuant à la matière noire pourrait alors n'avoir qu'une influence négligeable sur le terme source des equations de Friedmann dominé alors par la radiation ... Bien sûr tout cela ne pourrait pas fonctionner dans un cadre de Relat G car les identités de Bianchi contraignent la conservation covariante de l'énergie impulsion de la matière et du rayonnement ... mais seulement dans un cadre de RG étendue : gravité modifiée (les modèles pullulent avec plusieurs branes notamment dans des contextes de théorie des cordes).

[invitecaf6eae6]

Je doute fortement de l'existence de "cailloux" de DM , du moins tant que nous ne savons pas comment les particules de DM interagissent entre elles

[henryco]

Il s'agirait de cailloux ou blocs de la taille d'un asteroide de matière baryonique normale qui constituerait la matière noire... sous cette forme elle est difficilement détectable autrement que par ses effets gravitationnels (lentille gravitationnelle negligeable, beaucoup moins d'interaction avec le rayonnement que la lumière ), et sa proportion dans la galaxie est mal connue

[pm42]

Il s'agirait de cailloux ou blocs de la taille d'un asteroide de matière baryonique normale qui constituerait la matière noire...

C'est assez contradictoire avec l'aspect non collisionnel (cf. la référence plus haut au bullet cluster).
Pour représenter la masse nécessaire, la quantité d'astéroides devrait être très importante et il est difficile d'imaginer qu'elle ne soit pas détectable ne serait ce que par l'absorption de lumière.

De plus, pourquoi ces astéroides ci nombreux serait ils absents du système solaire ? Ou des systèmes planétaires qu'on détecte bien maintenant ? Pour représenter 6 fois la masse visible, ils devrait y en avoir un peu partout.

[Deedee81]

Salut,

A noter que l'hypothèse d'objets massifs invisibles a été envisagée : les MACHOS.
Et la chasse au macho peut se faire via les effets de microlentille gravitationnelle. Et cette chasse a eut lieu. Le nombre de macho a pu être estimé et reste très insuffisant pour expliquer la MN (moins de 10%, au mieux). Du moins pour des objets jusqu'à 10 masses solaires (des TN de "masse intermédiaire" ne sont pas exclu car leur masse plus importante les rendrait aussi moins nombreux pour expliquer la MN, donc plus difficile à détecter). Il y a aussi une masse inférieure (pour l'effet de lentille), un peu moins qu'une masse de planète, mais là c'est le nombre colossal d'objets qui les rendraient facilement détectable (comme le signale pm42) même sans absorption (la diffusion suffirait).

Donc des "cailloux" me semblent totalement exclut.

Les composantes majeures (pour nettement plus de la moitié de la MN) restant plausibles sont tout ou partie de wimps, TN de masse intermédiaires ou gravitation modifiée (pour cette dernière, pas à elle seule car cela exclu toute une série d'observations).

[Nicophil]

à l'époque de l'émission du CMB, la matière baryonique n'est pas censée se trouver sous une autre forme que des noyaux légers qui devraient tous participer aux oscillations du fluide contrairement à la Matière Noire.

A l'époque de l'émission du fond thermique, toute la masse baryonique est censée être de la DM, oui, en effet !

[henryco]

"il est difficile d'imaginer qu'elle ne soit pas détectable ne serait ce que par l'absorption de lumière."

Vous etes surs de vous la dessus ? je pose la question parce que ce n'est pas l'argument que je vois systematiquement mis en avant pour exclure que ce type d'objets constituent une part significative de la matière noire : l'argument usuel est qu'ils sont composés d'elements lourds que les etoiles ne peuvent pas avoir produit en quantité suffisante.

je vois aussi souvent mentionné que c'est sous forme de poussière que l'argument de l'absorption permet d'exclure la matière noire et jamais pour les objets dont il est question, pourquoi ?

"De plus, pourquoi ces astéroides si nombreux serait ils absents du système solaire ? Ou des systèmes planétaires qu'on détecte bien maintenant ? Pour représenter 6 fois la masse visible, ils devrait y en avoir un peu partout. "

les machos , des asteroides aux etoiles sont si je ne me trompe usuellement considérés comme non collisionnels : leur probabilité de collision est tres faible , raison pour laquelle ils ont été effectivement traqués en pensant qu'ils pourraient bien constituer la matière noire, et effectivement les plus massifs ont été exclus. Pourquoi les moins massifs devraient ils se concentrer alors dans les systemes stellaires? Je suis pret à parier que notre systeme solaire a une densité de matière baryonique déjà bien superieure à la densité moyenne de matière noire dans l'univers même sans compter le soleil... du coup si la densité d'astéroides dans l'espace interstellaire est ne serait ce qu'une fraction de celle dans le système solaire le compte y serait : il me semble avoir vu passer déjà une remarque de ce genre en ce qui concerne Oumuamua ...

[pm42]

l'argument usuel est qu'ils sont composés d'elements lourds que les etoiles ne peuvent pas avoir produit en quantité suffisante.

Argument auquel tu réponds quoi ?

Pourquoi les moins massifs devraient ils se concentrer alors dans les systemes stellaires?

Personne n'a dit qu'ils devaient s'y concentrer, juste qu'il était étonnant qu'ils soient absents compte tenu de ce qu'on sait des courbes de matière noire.

Je suis pret à parier que notre systeme solaire a une densité de matière baryonique déjà bien superieure à la densité moyenne de matière noire dans l'univers

A part qu'on ce moque de la densité "dans l'Univers". Ce qui nous intéresse, c'est ce qui se passe dans les galaxies.

Je remarque aussi qu'on n'a pas eu de réponse sur le "bullet cluster".

du coup si la densité d'astéroides dans l'espace interstellaire est ne serait ce qu'une fraction de celle dans le système solaire le compte y serait

A défaut d'avoir des chiffres, c'est une affirmation gratuite.

Pour le moment, je vois de la théorie perso défendue bec et ongles en ignorant les objections, la recherche actuelle et sans référence sérieuse.

[Nicophil]

du coup si la densité d'astéroides dans l'espace interstellaire est ne serait ce qu'une fraction de celle dans le système solaire le compte y serait : il me semble avoir vu passer déjà une remarque de ce genre en ce qui concerne Oumuamua ...

Les extrapolations à partir de cette première détection, étant donné que notre capacité à détecter un tel objet est récente, c'est ça ?
Bah ! la chance du débutant sans doute...

[henryco]

Juste que je n'ai pas démarré ce topic pour exposer des théories non standard mais pour demander une reference. Car une fois de plus le fait que des objets baryoniques pourraient constiituer la matière noire dans la galaxie (ou le bullet cluster) est bien connu. J'ai finalement trouvé ce plot (fig 1 de https://arxiv.org/pdf/1711.04348.pdf) grace à Oumuamua ! , qui synthétise toutes les contraintes (exclusions) quantitatives que je recherchais . Pour ceux que ca interesserait , il y a en gros encore une fenêtre ouverte pour des objets baryoniques de masse 2×10^20g < M < 2×10^24g donc avec des dimensions caractéristiques entre 100 et 1000 km qui n'auraient pas besoin d'etre superdenses pour constituer la Matiere noire.

Et puis il y a aussi une tres grande fenetre encore permise d'objets entre 3×10^13g < M < 10^17g et des dimensions inferieures au km qui pourraient convenir mais devraient etre necessairement beaucoup plus denses que la matière atomique: ca devrait donc etre de la matière baryonique compressée et condensée par une autre force que la gravité ce qui est tres exotique (mais semble correspondre à certains modèles cités en reference de l'article) sauf peut etre à la limite vers 10^17 g ou des objets avec la densité du fer pourraient encore passer l'exclusion (y compris le CMB).
Interessant car cela semble confirmer que des théories non standard qui permettraient à notre univers de garder de la matière baryonique dense d'une phase antérieure de contraction ou de récupérer cette matière d'un autre univers (brane ou autre modèle) entre z=10^6 et z=1000 pourraient expliquer la matière noire sous forme purement et simplement baryonique.