Astronomie

La matière noire peut-elle diminuer la longueur du jean ?

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Je me demande s'il existe des modèles d'effondrement des nuages ​​interstellaires qui prennent en compte la matière noire.

Si la matière noire présente des perturbations locales ou des fluctuations de densité, cela peut être un effet suffisamment important pour provoquer l'effondrement d'un nuage interstellaire. Cela pourrait augmenter la masse et la densité d'un nuage suffisamment pour surmonter l'énergie cinétique des atomes d'hydrogène conduisant à l'effondrement.

Existe-t-il des variations de densité de matière noire à l'échelle des nuages ​​interstellaires ?


La matière noire est une sorte de "remplir le vide" pour le moment. Personne n'a vraiment de théorie définitive qui soit largement acceptée sur ce que peut être la "matière noire", peu importe comment elle interagit avec d'autres matières. Il y a encore un peu de résistance à même dire que cela existe, même si c'est à peu près le courant dominant maintenant. Mais qu'est-ce que c'est, c'est toujours à gagner.

Mais j'ai trouvé ça sur Google :

http://iopscience.iop.org/article/10.1086/306334/fulltext

Cela suppose un certain type de modèle pour la matière noire, mais c'est peut-être ce que vous recherchez.


C'est un domaine de recherche active. Le paradigme actuel de la matière noire froide (CDM) prédit la formation ascendante de halos, par laquelle les plus petits halos fusionnent avec les plus grands halos que nous observons indirectement aujourd'hui grâce aux mesures par rayons X des amas. Cela suggère que les petits halos de matière noire ne survivraient pas à nos jours.

Des recherches ont été menées sur la possibilité de survie de mini halos, mais les interactions avec des structures baryoniques denses, telles que les étoiles, ainsi que le flux par un potentiel galactique irrégulier ont tendance à effacer toute petite surdensité dans la distribution.

Cependant, si de tels mini halos existaient dans l'univers primitif, ils auraient pu contribuer à l'effondrement du gaz primordial pour former des étoiles de la population III. Des simulations ont été réalisées pour étudier un tel modèle, avec des masses stellaires de Population III comparables à celles attendues $(sim100 Modot)$.


Le revêtement sombre peut réduire la réflectivité du satellite

Les observations menées par le télescope Murikabushi de l'observatoire astronomique d'Ishigakijima ont confirmé qu'un revêtement sombre peut réduire de moitié la réflectivité du satellite. On craint que de nombreux satellites artificiels en orbite ne nuisent aux observations astronomiques, mais ces découvertes pourraient aider à atténuer ces conditions.

La demande croissante actuelle de services spatiaux a engendré une vague de projets de constellation de satellites qui exploitent de nombreux satellites artificiels en orbite. Étant donné que ces satellites peuvent briller en réfléchissant la lumière du soleil, la communauté astronomique a exprimé des inquiétudes quant à leur impact potentiel sur les observations astronomiques. En janvier 2020, SpaceX a lancé "DarkSat", un satellite expérimental avec un revêtement antireflet, et a demandé aux astronomes d'évaluer dans quelle mesure ce revêtement peut réduire la réflectivité du satellite. Des mesures de luminosité de satellites artificiels ont déjà été effectuées, mais jusqu'à présent, il n'y avait aucune vérification qu'un revêtement sombre atteignait réellement la réduction de réflectivité attendue.

Le télescope Murikabushi de l'observatoire astronomique d'Ishigakijima peut observer des objets célestes simultanément dans trois longueurs d'onde (couleurs) différentes. La comparaison des données multicolores obtenues dans les mêmes conditions fournit un aperçu plus précis de la mesure dans laquelle le revêtement peut réduire la luminosité du satellite. Des observations menées d'avril à juin 2020 ont révélé pour la première fois au monde que les satellites artificiels, qu'ils soient revêtus ou non, sont plus visibles à des longueurs d'onde plus longues, et que le revêtement noir peut diviser par deux le niveau de réflectivité de surface des satellites. Un tel traitement de surface devrait réduire les impacts négatifs sur les observations astronomiques. D'autres mesures continueront d'être mises en œuvre pour ouvrir la voie à une coexistence pacifique entre les industries spatiales et l'astronomie.


La matière noire moins influente dans les galaxies de l'univers primitif

Nous voyons la matière normale sous la forme d'étoiles brillantes, de gaz brillant et de nuages ​​de poussière. Mais la matière noire, plus insaisissable, n'émet, n'absorbe ni ne réfléchit la lumière et ne peut être observée que via ses effets gravitationnels. La présence de matière noire peut expliquer pourquoi les parties externes des galaxies spirales voisines tournent plus rapidement que prévu si seule la matière normale que nous pouvons voir directement était présente.

Aujourd'hui, une équipe internationale d'astronomes dirigée par Reinhard Genzel de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre à Garching, en Allemagne, a utilisé les instruments KMOS et SINFONI du Very Large Telescope de l'ESO au Chili pour mesurer la rotation de six galaxies massives formant des étoiles dans l'Univers lointain, au sommet de la formation des galaxies il y a 10 milliards d'années.

Ce qu'ils ont découvert était intrigant : contrairement aux galaxies spirales de l'Univers moderne, les régions extérieures de ces galaxies lointaines semblent tourner plus lentement que les régions plus proches du noyau, ce qui suggère qu'il y a moins de matière noire que prévu.

"Étonnamment, les vitesses de rotation ne sont pas constantes, mais diminuent plus loin dans les galaxies", commente Reinhard Genzel, auteur principal de l'article de Nature. "Il y a probablement deux causes à cela. Premièrement, la plupart de ces premières galaxies massives sont fortement dominées par la matière normale, la matière noire jouant un rôle beaucoup plus petit que dans l'Univers local. Deuxièmement, ces premiers disques étaient beaucoup plus turbulents que la spirale galaxies que nous voyons dans notre voisinage cosmique."

Les deux effets semblent s'accentuer à mesure que les astronomes remontent de plus en plus loin dans le temps, dans l'Univers primitif. Cela suggère que 3 à 4 milliards d'années après le Big Bang , le gaz dans les galaxies s'était déjà efficacement condensé en disques plats et rotatifs, tandis que les halos de matière noire qui les entouraient étaient beaucoup plus gros et plus étalés. Apparemment, il a fallu des milliards d'années de plus pour que la matière noire se condense également, de sorte que son effet dominant n'est visible que sur les vitesses de rotation des disques des galaxies aujourd'hui.

Cette explication est cohérente avec les observations montrant que les galaxies primitives étaient beaucoup plus riches en gaz et compactes que les galaxies d'aujourd'hui.

Les six galaxies cartographiées dans cette étude faisaient partie d'un plus grand échantillon d'une centaine de disques distants de formation d'étoiles imagés avec les instruments KMOS et SINFONI du Very Large Telescope de l'ESO à l'observatoire de Paranal au Chili. En plus des mesures individuelles des galaxies décrites ci-dessus, une courbe de rotation moyenne a été créée en combinant les signaux les plus faibles des autres galaxies. Cette courbe composite a également montré la même tendance à la baisse de la vitesse à partir des centres des galaxies. De plus, deux autres études portant sur 240 disques formant des étoiles appuient également ces résultats.

Une modélisation détaillée montre que si la matière normale représente généralement environ la moitié de la masse totale de toutes les galaxies en moyenne, elle domine complètement la dynamique des galaxies aux plus grands décalages vers le rouge.


La matière noire peut-elle diminuer la longueur du jean ? - Astronomie

"Quelle que soit l'énergie noire,

des mesures détaillées à partir de techniques indépendantes révèlent que

il comprend 72 % de la masse-énergie totale de notre univers.

(Crédit : NASA et l'équipe scientifique WMAP)"

La source

Il existe deux types de matière-énergie inconnue dans l'univers.

L'une d'elles est appelée matière noire et l'autre est appelée énergie noire. La matière noire pourrait simplement être une matière relativement ordinaire qui n'émet tout simplement pas de lumière. Ainsi, les étoiles grillées pourraient contribuer à la matière noire. Ou il se pourrait que la matière noire soit une forme de matière associée à des particules auparavant inconnues qui ont une masse importante mais n'interagissent pas autrement très fortement.

Ces particules hypothétiques sont appelées WIMPS pour particules massives interagissant faiblement. Les WIMPS n'ont pas encore été vus, bien que des recherches expérimentales soient en cours.

Matière noire est pensé pour contribuer à environ 23% de la masse de l'univers connu. Cette matière noire semble attirer la matière ordinaire et, en tant que telle, agirait pour diminuer l'expansion de l'univers. Matière noire serait donc gravitique plutôt qu'antigravitique. Matière noire peut-être totalement sans rapport avec énergie noire, mais ce n'est pas exactement connu, seulement une hypothèse.

Matière noire apparaît également nécessaire pour tenir compte du fait que les galaxies ne s'envolent pas même si l'énergie associée à leur mouvement angulaire dépasse leur énergie gravitationnelle (de liaison) déduite.

En substance, une attrayante et invisible (matière noire) semble nécessaire pour que les choses fonctionnent en ce qui concerne la mécanique galactique.

Plus sur Matière noire dans ci-dessous insérer:

L'une des plus grandes énigmes de l'astronomie moderne est le fait que plus de 90% de l'Univers est invisible. Cette mystérieuse substance manquante est connue sous le nom de « matière noire ».

Le problème a commencé lorsque les astronomes ont essayé de peser les galaxies. Il existe deux méthodes pour le faire. Premièrement, nous pouvons dire combien pèse une galaxie simplement en regardant sa luminosité, puis en la convertissant en masse.

La deuxième façon est de regarder la façon dont les étoiles se déplacent. Tout dans l'Univers tourne. La Terre tourne sur son axe. La planète entière tourne autour de notre étoile mère, le Soleil.

Le Soleil tourne autour du centre de la Voie lactée, avec les milliards d'autres étoiles de la Galaxie, formant une énorme danse cosmique.

Cette rotation fournit une autre façon de peser une galaxie. L'étude de la vitesse à laquelle les étoiles se déplacent tout au bord révèle la masse de toute la galaxie. Plus la galaxie tourne vite, plus il y a de masse à l'intérieur.

Mais lorsque des astronomes comme Jan Oort et Fritz Zwicky les deux séries de sommes au début des années 1930 ont-elles rencontré un gros problème. Pour chaque galaxie étudiée, les deux réponses ne correspondaient pas. Ils étaient convaincus que les deux méthodes étaient solides car elles avaient été essayées et testées pendant de nombreuses années.

Ils sont donc arrivés à une conclusion surprenante - il doit y avoir des choses là-bas que nous ne pouvons tout simplement pas voir - et ils l'ont donc appelé "matière noire". Cette matière noire était vraiment importante, car si elle n'était pas là, les galaxies s'envoleraient en tournant.

Cela peut sembler une conclusion étrange, mais ce n'est pas vraiment si bizarre. Imaginez que vous regardez une tour la nuit. Bien que vous ne puissiez voir que des lumières provenant de certaines pièces, cela ne signifie pas qu'il n'y a plus de pièces dans la tour. Tout comme ces pièces non éclairées, la matière noire n'est pas visible, car elle ne brille pas.

Les astronomes sont actuellement à la recherche de cette matière manquante. Il peut s'agir de beaucoup de choses étranges comme des MACHO, des WIMP et des neutrinos. Ou il peut y avoir de nouvelles solutions impliquant l'énergie noire ou la théorie des supercordes.

Mais quoi qu'il en soit, le trouver aidera à répondre à l'une des questions les plus fondamentales de l'astronomie : quel est le destin de l'Univers ?


Noter: Les éléments constitutifs hypothétiques de la matière noire sont aussi parfois appelés MACHOS. Plus d'informations sur MACHOS ici.

Énergie noire est l'énergie qui semble remplir l'univers et semble avoir un caractère antigravitique en ce qu'on pense qu'il écarte l'univers.

On raisonne ainsi que le taux rapide d'expansion de l'univers est une conséquence de l'énergie noire. Mais personne ne sait encore ce qu'est l'énergie noire. Certaines personnes pensent que l'énergie noire est une manifestation de la constante cosmologique d'Einstein. Cela serait associé à une très grande densité d'énergie négative qui pourrait être vue partout dans l'espace.

Einstein a été le premier à introduire la constante cosmologique lorsqu'il développait sa théorie de la relativité générale et a déclaré plus tard que c'était sa plus grande erreur. (La photo donne du poids à la thèse d'Einstein sur la gravité négative)

73% de la masse-énergie de l'univers serait liée à énergie noire.


La NASA et le DOE collaborent sur la recherche sur l'énergie noire

La NASA et le Département américain de l'énergie (DOE) ont signé un protocole d'accord pour la mise en œuvre de la Joint Dark Energy Mission, ou JDEM.

La mission mettra en vedette le premier observatoire spatial conçu spécifiquement pour comprendre la nature de l'énergie noire.

L'énergie noire est une forme d'énergie qui imprègne et domine l'univers. La mission mesurera avec une grande précision le taux d'expansion et la structure de croissance de l'univers. Les données de la mission pourraient aider les scientifiques à déterminer les propriétés de l'énergie noire, faisant fondamentalement progresser la physique et l'astronomie.

"Comprendre la nature de l'énergie noire est le plus grand défi de la physique et de l'astronomie aujourd'hui", a déclaré Jon Morse, directeur de l'astrophysique au siège de la NASA à Washington.

"JDEM sera un contributeur unique et majeur dans notre quête pour comprendre l'énergie noire et comment elle a façonné l'univers dans lequel nous vivons."

L'une des découvertes scientifiques les plus importantes de la dernière décennie est que l'expansion de l'univers s'accélère. L'accélération est causée par une énergie noire jusqu'alors inconnue qui représente environ 70 pour cent du contenu énergétique massique total de l'univers.

Cette mission a le potentiel de clarifier les propriétés de cette énergie de masse. JDEM fournira également aux scientifiques des informations détaillées pour comprendre comment les galaxies se forment et acquièrent leur masse.

"Le DOE et la NASA ont des recherches complémentaires en cours sur la nature de l'énergie noire et des capacités complémentaires pour construire le JDEM, il est donc merveilleux que nos agences se soient associées pour la mise en œuvre de cette mission", a déclaré Dennis Kovar, directeur associé du DOE Office of Science pour la physique des hautes énergies.

En 2006, la NASA et le DOE ont financé conjointement une étude du National Research Council par le comité d'évaluation du programme Beyond Einstein pour aider la NASA à déterminer la plus haute priorité des cinq missions proposées dans son programme Beyond Einstein.

En septembre 2007, le comité a publié son rapport et a noté que JDEM établira la norme en déterminant avec précision la distribution de l'énergie noire dans l'univers lointain. Le comité a recommandé que JDEM soit la première des missions Beyond Einstein de la NASA à être développée et lancée. À la suite du rapport du comité, la NASA et le DOE ont convenu de procéder avec JDEM.

L'importance de comprendre l'énergie noire a également été soulignée dans un certain nombre d'autres rapports importants du National Research Council, du National Science and Technology Council et du Dark Energy Task Force.

Il a été estimé que 72% de l'énergie de masse de l'univers consiste en quelque chose que les scientifiques appellent « l'énergie noire », une énergie connue pour être antigravitique, une énergie négative.

Alors, pourquoi, si cette énergie est si répandue, ne pouvons-nous pas la produire ?

La réponse peut être que nous pouvons le produire.

Mais nous devons adopter une approche différente de la façon dont nous pensons à l'énergie.

La bobine bifilaire utilisée dans les expériences

La photo ci-dessous montre la grande bobine bifilaire à travers laquelle 15 ampères de 60 Hz DC pulsé ont été passés.

Dans cette bobine bifilaire, le courant circulant à travers un fil de fil à double fil a été redirigé vers le second fil de sorte que le champ magnétique du second fil a annulé le champ magnétique du premier fil.

C'est cette annulation des champs électromagnétiques qui forme la base de ce qu'on appelle "l'électromagnétisme scalaire".

Bien qu'il semble que l'électromagnétisme scalaire ait été développé et exploité par les scientifiques russes en armement, les physiciens occidentaux ne semblent généralement pas comprendre cette forme de physique. De nombreux scientifiques occidentaux peuvent même nier que l'électromagnétisme scalaire est possible.

L'existence de l'électromagnétisme scalaire impliquerait que l'électrodynamique classique est défectueuse, ce que j'ai affirmé être vrai et qui est une proposition relativement facile à prouver.

DEUX PHOTONS D'ANNULATION DANS UNE BOÎTE
O VA L'ÉNERGIE ?


Considérez deux photons dans une boîte -- avec les deux photons déphasés de 180 degrés. Les photons transportent chacun une unité d'énergie, mais comme ils sont déphasés de 180 degrés, la densité d'énergie électromagnétique est nulle, tout comme le vecteur de Poynting.

Par conséquent, si nous suivons le raisonnement conventionnel, nous avons perdu deux unités d'énergie et avons donc une violation de la conservation de l'énergie. Mais ce n'est pas permis. Il faut donc en déduire que l'électrodynamique classique a un défaut en elle.

Ce défaut est corrigé lorsque nous incluons l'énergie électromagnétique scalaire - comme on l'appelle désormais.

Le variac montré dans le schéma peut être acheté ici, les redresseurs en pont pleine onde ici.

Le fil utilisé dans la bobine impliquait cinq rouleaux ou environ 500 pieds de fil de haut-parleur #16 Radio Shack .

Voici un fil de remplacement possible : lien . Essentiellement, le fil était enroulé dans des boucles de serre-câbles en nylon qui étaient passés à travers des trous percés dans un grand panneau de bois retourné. Le niveau de courant auquel l'appareil fonctionnait a été réglé au niveau maximum auquel l'appareil pouvait fonctionner sans surchauffe. C'était environ 15 ampères à environ 15 volts.

Finalement, après des années de fonctionnement, la bobine a grillé.


Trous produits dans les nuages?


Lorsque l'appareil fonctionnait à des niveaux de courant maximum, et avec toutes les sources de lumière éteintes, avec les fenêtres bloquées, il semblait y avoir une sorte d'énergie ectoplasmique bleue sortant de la bobine.

Cette énergie semblait remplir la pièce dans laquelle la bobine fonctionnait.

Étant donné qu'une grande quantité d'énergie était apparemment impliquée et que les Soviétiques auraient utilisé de l'énergie scalaire pour contrôler la météo, des expériences ont été menées pour voir si l'énergie émise par la bobine bifilaire affecterait les nuages ​​​​au-dessus de la maison.

À plusieurs reprises, on a vu que de gros trous étaient produits directement au-dessus de la maison, comme on peut le voir sur la photo ci-dessus où une traînée de condensation est évidente à travers l'un des deux grands trous.

Noter: En ce qui concerne le fonctionnement de la bobine bifilaire, il est conseillé d'avoir un entrefer de 2 ou 3 pouces au-dessus et en dessous de la bobine car sinon la bobine n'est pas dans un état idéal pour la génération de l'énergie scalaire. L'entrefer permet également la circulation de l'air. Il faut bien sûr faire très attention à ne pas surchauffer le système. Il est conseillé de placer un fusible dans le primaire du variac. Veillez à ne pas provoquer d'incendie avec ce système. Une ingénierie minutieuse est conseillée, car il faut veiller à faire fonctionner le système uniquement lorsqu'une personne est présente.

Également: Lors de l'enroulement de la bobine, essayez de ne pas introduire de torsions dans le fil à double dérivation.

Et sur la base d'un calcul que j'ai fait, une meilleure fréquence pour pulser le système pourrait être de 4,8 Hz, plutôt que 60 Hz. Mais ce serait plus difficile à concevoir. Je suggérerais donc de commencer par construire l'appareil que j'ai construit, puis de partir de là.

Autre chose: Ne placez pas de voltmètre ou tout autre appareil en sortie des circuits redresseurs. Un ampèremètre ne doit pas non plus être placé en série avec la bobine. Connectez la sortie des circuits redresseurs directement à la bobine sans rien d'autre impliqué.Si cela n'est pas fait, le risque est bien réel que le système ne produise pas l'énergie souhaitée. Ne pas mettre à la terre l'un ou l'autre côté de la bobine. Laissez le système flotter.

Effets sur la santé avec cette énergie: J'ai trouvé que l'expérience de l'énergie sombre putative produite par la bobine bifilaire ci-dessus est très agréable. Mais il semble que l'on puisse obtenir trop d'une bonne chose, car après m'être exposé à l'énergie pendant de nombreuses heures, je me suis retrouvé très fatigué. Il est conseillé à ceux qui expérimentent cette énergie de procéder avec prudence et, bien sûr, vous êtes seul.

Mais mon expérience avec cette énergie est bonne.


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Tout au long de l'histoire, les philosophes de la nature ont spéculé sur la nature de la matière et ont même envisagé la possibilité qu'il existe des formes de matière imperceptibles parce qu'elles étaient soit trop éloignées, trop sombres ou intrinsèquement invisibles. Et bien que nombre des premières enquêtes scientifiques aient été moins que rigoureuses et souvent inséparables de la philosophie et de la théologie, elles nous révèlent la longévité du désir de notre espèce de comprendre le monde et son contenu.

Bien que de nombreuses civilisations primitives aient imaginé leurs propres systèmes cosmologiques, ce sont sans doute les anciens Grecs qui ont été les premiers à tenter la construction d'un tel modèle basé sur la raison et l'expérience. Les atomistes, notamment Leucippe et Démocrite qui vivaient au 5ème siècle avant notre ère, étaient convaincus que toute la matière était constituée des mêmes éléments constitutifs fondamentaux et indivisibles, appelés atomes, et que ces atomes étaient en nombre infini, tout comme l'espace infini qui les contenait. Épicure (341 avant notre ère - 270 avant notre ère) a en outre suggéré dans sa " Lettre à Hérodote " qu'un nombre infini d'autres mondes existaient également, " certains comme ce monde, d'autres pas comme lui " 1 . D'autres ont spéculé sur la matière inobservable qui pourrait être trouvée dans notre propre Univers. Par exemple, le Pythagoricien Philolaus a conjecturé l'existence du corps céleste Antichton, ou contre-terre, qui tourne de l'autre côté du « feu central » par rapport à la Terre [187].

Le modèle cosmologique d'Aristote – qui allait dominer le discours tout au long du Moyen Âge – a fourni une construction élégante, dans laquelle l'emplacement de la Terre était fixé au centre d'un Univers immuable. Ce modèle offrait ce qui semblait pour beaucoup être des arguments solides contre l'existence de formes de matière invisibles ou inconnues. Même l'apparition frappante des comètes, qui n'avait évidemment pas sa place dans la hiérarchie hautement organisée des sphères célestes d'Aristote, a été rejetée comme un phénomène atmosphérique, une croyance qui a continué d'être maintenue jusqu'à ce que Tycho Brahe mesure l'(absence de) parallaxe pour une comète en 1577. .

Bien que beaucoup offraient des défis à l'orthodoxie de la cosmologie aristotélicienne, ces tentatives n'ont pas été rencontrées sans résistance. La statue de Giordano Bruno à Campo de' Fiori au centre-ville de Rome rappelle les dangers inhérents à de tels écarts par rapport à la vision du monde aristotélicienne stricte adoptée par l'Église catholique. C'est à l'emplacement de cette statue que Bruno a été brûlé vif en 1600 par l'Inquisition romaine, après avoir été reconnu coupable d'accusations qui comprenaient la croyance hérétique en l'existence d'autres mondes infinis.

C'est sans doute Galilée – qui a lui-même eu sa part de problèmes avec l'inquisition – qui a fait le plus pour briser l'emprise de la cosmologie aristotélicienne. En pointant son télescope vers le ciel, Galilée a vu beaucoup de choses auparavant imperceptibles. Parmi ses nombreuses autres découvertes, il a appris que la faible lueur de la Voie lactée est produite par une myriade d'étoiles individuelles, et qu'au moins quatre satellites, invisibles à l'œil nu, sont en orbite autour de Jupiter. Chacune de ces observations résume deux leçons qui restent pertinentes pour la matière noire aujourd'hui. Premièrement, l'Univers peut contenir de la matière qui ne peut pas être perçue par des moyens ordinaires. Et deuxièmement, l'introduction de nouvelles technologies peut nous révéler des formes de matière qui étaient auparavant invisibles.

Le cours des sciences, et de l'astronomie en particulier, s'est transformé en 1687 lorsque Isaac Newton a publié son traité Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. Les lois du mouvement de Newton et la gravitation universelle ont fourni aux scientifiques de nouveaux et formidables outils qui, entre autres, leur ont permis de déterminer la masse gravitationnelle des corps astronomiques en mesurant leurs propriétés dynamiques.

En 1783, John Michell, également célèbre pour avoir inventé la balance de torsion pour la mesure de la force de gravité, s'est rendu compte que si la lumière est affectée par les lois de la gravité &# X2013 comme il le raisonnait, étant donné la nature universelle de la gravité 2 & #X2013 alors il pourrait potentiellement exister des objets si massifs que même la lumière ne pourrait pas échapper à leur attraction gravitationnelle [213].

Cette proposition, également discutée une décennie plus tard par Pierre Simon Laplace, est souvent considérée comme la première mention de ce que l'on appelle désormais les trous noirs. Nous le mentionnons ici, cependant, comme un exemple explicite d'une discussion sur une classe d'objets astrophysiques invisibles, qui peuplent l'univers tout en demeurant hors de portée des observations astronomiques.

Le mathématicien Friederich Bessel a peut-être été le premier à prédire l'existence d'un objet astronomique spécifique non découvert, basé uniquement sur son influence gravitationnelle. Dans une lettre publiée en 1844 [51], il soutenait que le mouvement propre observé des étoiles Sirius et Procyon ne pouvait s'expliquer que par la présence d'étoiles compagnes faibles, influençant les étoiles observées par leur attraction gravitationnelle :

Bessel a en outre plaidé en faveur de l'existence de nombreuses étoiles, peut-être un nombre infini d'entre elles, anticipant également le concept moderne du rapport masse-lumière :

Seulement deux ans plus tard, en 1846, l'astronome français Urbain Le Verrier et l'astronome anglais John Couch Adams, afin d'expliquer certaines anomalies persistantes dans le mouvement d'Uranus, ont proposé l'existence d'une nouvelle planète. Les calculs de Le Verrier étaient si précis que l'astronome allemand John Galle (assisté de Heinrich D'Arrest) a identifié la nouvelle planète à l'observatoire de Berlin le soir même où il a reçu la lettre de Le Verrier, à moins de 1 degré de la position prévue.

Fait intéressant, c'est Le Verrier lui-même qui a également remarqué plus tard la précession anormale du périhélie de Mercure, et a proposé l'existence d'une planète perturbatrice pour l'expliquer. Comme on le sait, cette “planète sombre” – appelée Vulcain – n'a jamais été observé, et la solution à ce problème devrait attendre l'avènement de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

Outre les étoiles et les planètes sombres, les astronomes du 19e siècle ont également discuté de la matière noire sous la forme de nuages ​​​​noirs, ou de « nébuleuses » sombres. L'une des premières traces de cette discussion se trouve dans un mémoire écrit en 1877 par le père Angelo Secchi, alors directeur de l'Observatoire du Collège romain, décrivant les recherches sur les nébuleuses qui avaient été menées 20 ans plus tôt [283] :

Vers la fin du 19ème siècle, une discussion intéressante a commencé à avoir lieu au sein de la communauté astronomique. Dès l'invention de la photographie astronomique, les scientifiques ont commencé à remarquer que les étoiles n'étaient pas réparties uniformément dans le ciel. Des régions sombres ont été observées dans des champs stellaires denses, et la question s'est posée de savoir si elles étaient sombres en raison d'un manque d'étoiles ou en raison de la présence de matière absorbante le long de la ligne de visée. L'astronome Arthur Ranyard, qui fut parmi les principaux partisans de cette dernière hypothèse, écrivit en 1894 [252] :

Ce débat a duré un certain temps et a suscité des idées intéressantes. W. H. Wesley, qui a agi pendant 47 ans en tant que secrétaire adjoint de la Royal Astronomical Society, a proposé une nouvelle façon de régler la question, impliquant une simulation rudimentaire de la disposition des étoiles dans la Voie lactée [329] :

Lord Kelvin a été parmi les premiers à tenter une estimation dynamique de la quantité de matière noire dans la Voie lactée. Son argument était simple mais puissant : si les étoiles de la Voie lactée peuvent être décrites comme un gaz de particules, agissant sous l'influence de la gravité, alors on peut établir une relation entre la taille du système et la dispersion des vitesses des étoiles [174]. ] :

Kelvin a également obtenu une limite supérieure sur la densité de matière dans un tel volume, arguant que des densités plus importantes seraient en conflit avec les vitesses observées des étoiles. Henri Poincar a été impressionné par l'idée de Lord Kelvin d'appliquer la théorie des gaz au système stellaire de la Voie lactée. En 1906, il mentionna explicitement la "matière noire" (“matière obscure” dans l'original français), et affirma que puisque la dispersion de vitesse prédite dans l'estimation de Kelvin est du même ordre de grandeur que celle observée, la quantité de la matière noire était probablement inférieure ou similaire à celle de la matière visible [246] (pour une traduction anglaise, voir Réf. [247]. Voir aussi Réf. [248] pour une discussion plus complète) :

Dans le même esprit, en 1915, l'astronome estonien Ernst Öpik a construit un modèle (publié en russe) du mouvement des étoiles dans la Galaxie, concluant également que la présence de grandes quantités de matière invisible était peu probable [103].

L'astronome néerlandais Jacobus Kapteyn a fait un pas en avant important dans la compréhension de la structure de la Voie lactée. Dans sa publication la plus importante, parue peu de temps avant sa mort en 1922, Kapteyn a tenté une théorie générale de la distribution des masses, des forces et des vitesses dans le système sidéral, c'est-à-dire dans la Voie lactée.

Kapteyn a été parmi les premiers à proposer un modèle quantitatif de la forme et de la taille de la Galaxie, la décrivant comme une distribution aplatie d'étoiles, tournant autour d'un axe qui pointe vers le pôle galactique. Il a fait valoir que le Soleil était situé près du centre de la Galaxie et que le mouvement des étoiles pouvait être décrit comme celui d'un gaz dans une atmosphère au repos. Il a ensuite établi une relation entre le mouvement des étoiles et leur dispersion de vitesse, similaire à ce que Öpik avait fait quelques années plus tôt.

Kapteyn a exprimé la densité locale en termes de masse stellaire effective, en divisant la masse gravitationnelle totale par le nombre d'étoiles observées – y compris les plus faibles, par une extrapolation de la fonction de luminosité – et il a explicitement abordé l'existence possible de matière noire dans la Galaxie :

En 1932, l'élève de Kapteyn, Jan Oort, publia une analyse de la cinématique verticale des étoiles dans le voisinage solaire [226]. Dans ce travail, Oort a ajouté à la liste des estimations de la densité locale de matière noire, dont celles de James Jeans (1922) [168] et de Bertil Lindblad (1926) [197]. Dans son analyse, Oort a apporté un certain nombre d'améliorations aux travaux fondateurs de Kapteyn, assouplissant par exemple l'hypothèse de la « Cisothermalité » du gaz des étoiles.

Oort a dérivé une valeur la plus probable pour la densité totale de matière près du Soleil de 0,092 M / pc 3 , correspondant à 6,3 × 10 � g/cm 3 . Il a comparé ce nombre à la valeur obtenue par Kapteyn, 0,099 M / pc 3 , et a remarqué que l'accord était “inattendument bon”, compte tenu des différences de traitement et des données utilisées. Les chiffres obtenus par Jeans et Lindblad étaient chacun un peu plus élevés, 0,143 M / pc 3 et 0,217 M / pc 3 , respectivement.

Afin d'estimer la quantité de matière noire, Oort a ensuite procédé à une estimation de la contribution des étoiles à la densité locale, arguant qu'une extrapolation de la fonction de masse stellaire basée sur les étoiles observées semblait pouvoir expliquer une fraction substantielle de la densité totale déduite. Il est intéressant de rappeler les mots utilisés par Oort pour illustrer la contrainte sur la quantité de matière noire :

Nous apprenons de cette citation non seulement que la quantité maximale autorisée de matière noire était d'environ la moitié de la densité locale totale, mais aussi que les astronomes pensaient que la matière noire était probablement constituée d'étoiles faibles, ce qui pourrait être expliqué par une extrapolation appropriée. de la fonction de masse stellaire, ainsi que la matière “nebulous” et “meteoric”.

Comme nous le verrons au chapitre IV, les travaux pionniers de Kapteyn, Jeans, Lindblad, Öpik et Oort ont ouvert la voie aux déterminations modernes de la densité locale de matière noire, un sujet qui reste d'importance aujourd'hui, en particulier pour les expériences qui cherchent à détecter les particules de matière noire grâce à leur diffusion avec des noyaux.

1 Épicure, Lettre à Hérodote (vers 305 avant notre ère), extrait de Diogène Laërce, Vies d'éminents philosophes, trad. R.D. Hicks, vol. 2 (1925). Dos.

2 Ceci est déjà implicite dans Requête 1 des optiques de Newton : “Les Corps n'agissent-ils pas sur la Lumière à distance, et par leur action plient ses Rayons et cette action (cteris paribus) n'est-elle pas la plus forte à la moindre distance ?” Dos. *****


Matière noire

La matière noire est une substance hypothétique qui, selon la plupart des astronomes, représente environ les cinq sixièmes de la matière de l'univers. Bien qu'il n'ait pas été directement observé, son existence et ses propriétés sont déduites de ses divers effets gravitationnels : sur les mouvements de la matière visible via la lentille gravitationnelle, son influence sur la structure à grande échelle de l'univers et ses effets dans le fond diffus cosmologique. La matière noire est transparente au rayonnement électromagnétique (lumière, rayons cosmiques, etc.) et/ou est si dense et petite qu'elle ne parvient pas à absorber ou à émettre suffisamment de rayonnement pour apparaître via la technologie d'imagerie.

Les estimations des masses des galaxies et des structures plus grandes via des moyens dynamiques et relativistes généraux sont bien supérieures à celles basées sur la masse de la matière "lumineuse" visible.[2]

Le modèle standard de la cosmologie indique que la masse-énergie totale de l'univers contient 4,9 % de matière ordinaire, 26,8 % de matière noire et 68,3 % d'énergie noire.[3][4] Ainsi, la matière noire constitue 84,5 %[note 1] de la masse totale, tandis que l'énergie noire plus la matière noire constituent 95,1 % de la masse-énergie totale.[5][6][7][8]

L'hypothèse de la matière noire joue un rôle central dans la modélisation de pointe de la formation des structures cosmiques et de la formation et de l'évolution des galaxies et dans les explications des anisotropies observées dans le fond diffus cosmologique (CMB). Toutes ces preuves suggèrent que les galaxies, les amas de galaxies et l'univers dans son ensemble contiennent beaucoup plus de matière que ce qui est observable via des signaux électromagnétiques.[9]

La forme la plus largement acceptée de la matière noire est qu'elle est composée de particules massives à interaction faible (WIMP) qui n'interagissent que par la gravité et la force faible.[10]

Bien que l'existence de la matière noire soit généralement acceptée par la plupart de la communauté astronomique, une minorité d'astronomes [11] plaide en faveur de diverses modifications des lois standard de la relativité générale, telles que MOND et TeVeS, qui tentent de rendre compte des observations sans invoquer question supplémentaire.[12]

De nombreuses expériences pour détecter les particules de matière noire proposées par des moyens non gravitationnels sont en cours.[13]

Le premier à suggérer l'utilisation des vitesses stellaires pour déduire la présence de matière noire était l'astronome néerlandais Jacobus Kapteyn en 1922.[14][15] Un autre Hollandais et pionnier de la radioastronomie, Jan Oort, a émis l'hypothèse de l'existence de la matière noire en 1932.[15][16][17] Oort étudiait les mouvements stellaires dans le voisinage galactique local et a découvert que la masse dans le plan galactique doit être supérieure à ce qui a été observé, mais cette mesure a ensuite été déterminée comme étant erronée.[18]

En 1933, l'astrophysicien suisse Fritz Zwicky, qui a étudié les amas galactiques alors qu'il travaillait au California Institute of Technology, a fait une inférence similaire.[19][20][21] Zwicky a appliqué le théorème du viriel à l'amas de Coma et a obtenu la preuve d'une masse invisible qu'il a appelée dunkle Materie « matière noire ». Zwicky a estimé sa masse sur la base des mouvements des galaxies près de son bord et l'a comparée à une estimation basée sur sa luminosité et le nombre de galaxies. Il a estimé que l'amas avait environ 400 fois plus de masse que ce qui était visuellement observable. L'effet de gravité des galaxies visibles était bien trop faible pour des orbites aussi rapides, la masse doit donc être cachée à la vue. Sur la base de ces conclusions, Zwicky a déduit qu'une matière invisible fournissait la masse et l'attraction gravitationnelle associée pour maintenir l'amas ensemble. Ce fut la première inférence formelle sur l'existence de la matière noire.[22] Les estimations de Zwicky étaient erronées de plus d'un ordre de grandeur, principalement en raison d'une valeur obsolète de la constante de Hubble,[23] le même calcul montre aujourd'hui une fraction plus petite, en utilisant des valeurs plus élevées pour la masse lumineuse. Cependant, Zwicky a correctement déduit que la majeure partie de l'affaire était sombre.[22]

Les premières indications solides que le rapport masse/lumière était autre chose que l'unité provenaient des mesures des courbes de rotation des galaxies. En 1939, Horace W. Babcock a rapporté la courbe de rotation de la nébuleuse d'Andromède, qui a suggéré que le rapport masse-luminosité augmente radialement.[24] Il l'a attribué soit à l'absorption de la lumière dans la galaxie, soit à une dynamique modifiée dans les parties externes de la spirale et non à la matière manquante.

Vera Rubin et Kent Ford dans les années 1960-1970 ont été les premiers à postuler « la matière noire » sur la base de preuves solides, en utilisant des courbes de rotation des galaxies.[25][26] Rubin a travaillé avec un nouveau spectrographe pour mesurer la courbe de vitesse des galaxies spirales latérales avec une plus grande précision.[26] Ce résultat a été confirmé de manière indépendante en 1978.[27] Un article influent a présenté les résultats de Rubin en 1980.[28] Rubin a découvert que la plupart des galaxies doivent contenir environ six fois plus de masse sombre que la masse visible. Ainsi, vers 1980, le besoin apparent de matière noire était largement reconnu comme un problème majeur non résolu en astronomie.

Un flux d'observations indépendantes dans les années 1980 a indiqué sa présence, y compris la lentille gravitationnelle des objets de fond par les amas de galaxies, la distribution de la température du gaz chaud dans les galaxies et les amas, et le modèle d'anisotropies dans le fond diffus cosmologique. Selon le consensus parmi les cosmologistes, la matière noire est principalement composée d'un type de particule subatomique non encore caractérisé.[10][29] La recherche de cette particule, par divers moyens, est l'un des efforts majeurs de la physique des particules.[13]
Rayonnement de fond de micro-ondes cosmique

En cosmologie, le CMB est expliqué comme un rayonnement relique qui a voyagé librement depuis l'ère de la recombinaison, environ 375 000 ans après le Big Bang.Les anisotropies du CMB sont expliquées comme le résultat de petites fluctuations de densité primordiales, et des oscillations acoustiques subséquentes dans le plasma photon-baryon dont la force de restauration est la gravité.[30]

Le Cosmic Background Explorer (COBE) de la NASA a découvert que le spectre CMB était un spectre de corps noir très précis avec une température de 2,726 K. En 1992, COBE a détecté des fluctuations de CMB (anisotropies) à un niveau d'environ une partie sur 105.[31]

Au cours de la décennie suivante, les anisotropies du CMB ont été étudiées par des expériences au sol et en ballon. Leur objectif principal était de mesurer l'échelle angulaire du premier pic acoustique du spectre de puissance des anisotropies, pour lequel COBE avait une résolution insuffisante. Au cours des années 1990, le premier pic a été mesuré avec une sensibilité croissante, et en 2000, l'expérience BOOMERanG[32] a rapporté que les fluctuations de puissance les plus élevées se produisent à des échelles d'environ un degré, montrant que l'Univers est presque plat. Ces mesures ont permis d'exclure les cordes cosmiques en tant que théorie principale de la formation de la structure cosmique, et ont suggéré que l'inflation cosmique était la théorie correcte.

Les interféromètres au sol ont fourni des mesures de fluctuation avec une plus grande précision, y compris le Very Small Array, l'interféromètre à échelle angulaire de degré (DASI) et le Cosmic Background Imager (CBI). DASI a d'abord détecté la polarisation CMB,[33][34] et CBI a fourni le premier spectre de polarisation en mode E avec des preuves convaincantes qu'il est déphasé avec le spectre en mode T.[35] Le successeur de COBE, le Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) a fourni les mesures les plus détaillées des anisotropies (à grande échelle) dans le CMB en 2003 - 2010.[36] Le vaisseau spatial Planck de l'ESA a fourni des résultats plus détaillés en 2013-2015.

Les mesures de WMAP ont joué un rôle clé dans l'établissement du modèle standard de cosmologie, à savoir le modèle Lambda-CDM, qui postule un univers plat dominé par l'énergie noire, complété par de la matière noire et des atomes avec des fluctuations de densité ensemencées par un invariant gaussien, adiabatique, presque à l'échelle traiter. Ses propriétés de base sont déterminées par six paramètres ajustables : la densité de matière noire, la densité du baryon (atome), l'âge de l'univers (ou de manière équivalente, la constante de Hubble), l'amplitude de fluctuation initiale et leur dépendance à l'échelle.
Preuve d'observation
Fichier : impression d'artiste de la répartition attendue de la matière noire autour du média Milky Way.ogvPlay
Cette impression d'artiste montre la distribution attendue de la matière noire dans la galaxie de la Voie lactée sous la forme d'un halo bleu de matière entourant la galaxie.[37]

Une grande partie de la preuve vient des mouvements des galaxies.[38] Beaucoup d'entre eux semblent être assez uniformes, donc d'après le théorème du viriel, l'énergie cinétique totale devrait être la moitié de l'énergie de liaison gravitationnelle totale des galaxies. Observationnellement, l'énergie cinétique totale est beaucoup plus grande. En particulier, en supposant que la masse gravitationnelle est due uniquement à la matière visible, les étoiles éloignées du centre des galaxies ont des vitesses beaucoup plus élevées que celles prédites par le théorème du viriel. Les courbes de rotation galactique, qui illustrent la vitesse de rotation en fonction de la distance du centre galactique, montrent la vitesse "excessive". La matière noire est le moyen le plus simple de rendre compte de cet écart.

La distribution de la matière noire dans les galaxies nécessaire pour expliquer le mouvement de la matière observée suggère la présence d'un halo de matière noire à peu près symétrique et concentré au centre, la matière visible étant concentrée dans un disque central.

Les galaxies naines à faible luminosité de surface sont d'importantes sources d'information pour l'étude de la matière noire. Ils ont un rapport exceptionnellement faible de matière visible à la matière noire et ont peu d'étoiles brillantes au centre qui autrement altéreraient les observations de la courbe de rotation des étoiles périphériques.

Les observations par lentille gravitationnelle des amas de galaxies permettent des estimations directes de la masse gravitationnelle en fonction de son effet sur la lumière provenant des galaxies d'arrière-plan, car de grandes collections de matière (sombre ou autre) dévient la lumière par gravité. Dans des amas comme Abell 1689, les observations de lentilles confirment la présence d'une masse considérablement plus importante que celle indiquée par la lumière des amas. Dans le Bullet Cluster, les observations de lentilles montrent qu'une grande partie de la masse de lentilles est séparée de la masse baryonique émettant des rayons X. En juillet 2012, des observations de lentilles ont été utilisées pour identifier un "filament" de matière noire entre deux amas de galaxies, comme le prédisaient les simulations cosmologiques.[39]
Courbes de rotation de la galaxie
Article principal: courbe de rotation Galaxy
Courbe de rotation d'une galaxie spirale typique : prédite (A) et observée (B). La matière noire peut expliquer l'aspect « plat » de la courbe de vitesse sur un grand rayon

Une courbe de rotation de galaxie est un tracé des vitesses orbitales (c'est-à-dire les vitesses) des étoiles ou du gaz visibles dans cette galaxie par rapport à leur distance radiale du centre de cette galaxie. Les vitesses de rotation/orbitales des galaxies/étoiles ne diminuent pas avec la distance, contrairement à d'autres systèmes orbitaux tels que les étoiles/planètes et les planètes/lunes qui ont également la majeure partie de leur masse au centre. Dans ces derniers cas, cela reflète les distributions de masse au sein de ces systèmes. Les observations de masse pour les galaxies basées sur la lumière qu'elles émettent sont beaucoup trop faibles pour expliquer les observations de vitesse.

L'hypothèse de la matière noire fournit la masse manquante, résolvant l'anomalie.[24]

Une courbe de rotation universelle peut être exprimée comme la somme d'une distribution exponentielle de matière visible qui se rétrécit à zéro avec la distance du centre, et un halo de matière noire sphérique avec un noyau plat de rayon r0 et de densité ρ0 = 4,5 × 10 −2 (r0/kpc) -2/3 Mpc -3 . [ .[40]

Les galaxies à faible luminosité de surface (LSB) ont un déficit de masse visible beaucoup plus important que les autres. Cette propriété simplifie le démêlage des contributions de matière noire et visible aux courbes de rotation.[13]

Les courbes de rotation de certaines galaxies elliptiques affichent de faibles vitesses pour les étoiles périphériques (suivies par exemple par le mouvement des nébuleuses planétaires intégrées). Une hypothèse conforme à la matière noire propose que certaines étoiles aient pu être arrachées par les forces de marée des fusions disque-galaxie de leurs galaxies d'origine lors du premier passage rapproché et mises sur des trajectoires sortantes, expliquant les faibles vitesses des étoiles restantes même en présence de un halo.[13][41]


Dispersions de vitesse des galaxies

Les estimations de dispersion de vitesse des galaxies elliptiques,[42] à quelques exceptions près, indiquent généralement une teneur en matière noire relativement élevée.

Les mesures diffuses du gaz interstellaire des bords galactiques indiquent qu'il manque de la matière ordinaire au-delà de la limite visible, mais que les galaxies sont virialisées (c'est-à-dire liées gravitationnellement et en orbite les unes autour des autres avec des vitesses qui correspondent aux vitesses orbitales prédites de la relativité générale) jusqu'à dix fois leurs rayons visibles. [43] Cela a pour effet de faire passer la matière noire en tant que fraction de la matière totale de 50% telle que mesurée par Rubin à la valeur désormais acceptée de près de 95%.

La matière noire semble être une petite composante ou absente à certains endroits. Les amas globulaires montrent peu de preuves de matière noire,[44] sauf que leurs interactions orbitales avec les galaxies soutiennent la matière noire galactique. [citation nécessaire] Les profils de vitesse des étoiles semblaient indiquer une concentration de matière noire dans le disque de la Voie lactée. Il apparaît maintenant, cependant, que la forte concentration de matière baryonique dans le disque (en particulier dans le milieu interstellaire) peut expliquer ce mouvement. Les profils de masse et de lumière Galaxy semblent ne pas correspondre. Le modèle typique des galaxies de matière noire est une distribution sphérique lisse dans des halos virialisés. Cela évite les effets dynamiques à petite échelle (stellaires). Une étude de 2006 a expliqué la déformation du disque de la Voie lactée par l'interaction des grands et petits nuages ​​de Magellan et l'augmentation par 20 de la masse prévue de la matière noire.[45]

En 2005, des astronomes ont affirmé avoir découvert une galaxie composée presque entièrement de matière noire, à 50 millions d'années-lumière dans l'amas de la Vierge, qui a été nommé VIRGOHI21.[46] Exceptionnellement, VIRGOHI21 ne semble pas contenir d'étoiles visibles : il a été découvert grâce à des observations radiofréquence de l'hydrogène. Sur la base des profils de rotation, les scientifiques estiment que cet objet contient environ 1000 fois plus de matière noire que l'hydrogène et a une masse d'environ 1/10 de celle de la Voie lactée. On estime que la Voie lactée contient environ 10 fois plus de matière noire que de matière ordinaire. Les modèles du Big Bang et de la formation de la structure ont suggéré que de telles galaxies sombres devraient être très courantes, [citation nécessaire] mais VIRGOHI21 a été le premier à être détecté.

Les profils de vitesse de certaines galaxies telles que NGC 3379 indiquent une absence de matière noire.[47]
Amas de galaxies et lentilles gravitationnelles
Une forte lentille gravitationnelle observée par le télescope spatial Hubble dans Abell 1689 indique la présence de matière noire - agrandissez l'image pour voir les arcs de lentille.

Les amas galactiques manquent également de matière lumineuse suffisante pour expliquer les vitesses orbitales mesurées des galaxies qu'ils contiennent. Les masses des amas de galaxies ont été estimées de trois manières indépendantes :

Diffusion en vitesse radiale des galaxies au sein des amas
Rayons X émis par les gaz chauds. La température et la densité du gaz peuvent être estimées à partir de l'énergie et du flux des rayons X en supposant que l'équilibre de la pression et de la gravité détermine le profil de masse de l'amas. Les expériences de l'observatoire à rayons X Chandra utilisent cette technique pour déterminer indépendamment la masse des amas. Ces observations indiquent généralement que la masse baryonique est d'environ 12 à 15 pour cent, en accord raisonnable avec la moyenne cosmique du vaisseau spatial Planck de 15,5 à 16 pour cent.[48]

La lentille gravitationnelle (généralement sur des galaxies plus éloignées) prédit les masses sans se fier aux observations de la dynamique (par exemple, la vitesse). Plusieurs projets Hubble ont utilisé cette méthode pour mesurer les masses des clusters.

Généralement ces méthodes trouvent la matière lumineuse manquante.

La gravité agit comme une lentille pour courber la lumière d'une source plus éloignée (comme un quasar) autour d'un objet massif (comme un amas de galaxies) situé entre la source et l'observateur conformément à la relativité générale.

La lentille forte est la distorsion observée des galaxies d'arrière-plan en arcs lorsque leur lumière passe à travers une telle lentille gravitationnelle. Il a été observé autour de quelques amas éloignés dont Abell 1689.[49] En mesurant la géométrie de distorsion, la masse de l'amas intermédiaire peut être obtenue. Dans les dizaines de cas où cela a été fait, les rapports masse-lumière obtenus correspondent aux mesures dynamiques de matière noire des amas.[50]

La lentille gravitationnelle faible étudie les distorsions infimes des galaxies, en utilisant des analyses statistiques provenant de vastes études de galaxies. En examinant la déformation apparente par cisaillement des galaxies de fond adjacentes, les astrophysiciens peuvent caractériser la distribution moyenne de la matière noire. Les rapports masse-lumière correspondent aux densités de matière noire prédites par d'autres mesures de structure à grande échelle.[51]

L'amas galactique Abell 2029 comprend des milliers de galaxies enveloppées dans un nuage de gaz chaud et de matière noire équivalent à plus de 1014 M☉. Au centre de cet amas se trouve une énorme galaxie elliptique probablement formée de nombreuses galaxies plus petites.[52]
Le Bullet Cluster : image HST avec superpositions. La distribution de masse totale projetée reconstruite à partir de lentilles gravitationnelles fortes et faibles est représentée en bleu, tandis que le gaz chaud émetteur de rayons X observé avec Chandra est représenté en rouge.

La preuve d'observation la plus directe provient du Bullet Cluster. Dans la plupart des régions, la matière noire et la matière visible se trouvent ensemble,[53] en raison de leur attraction gravitationnelle. Dans le Bullet Cluster cependant, les deux types de matière se séparent. Cela a apparemment été causé par une collision entre deux clusters plus petits. Les interactions électromagnétiques entre les particules de gaz qui passent auraient alors provoqué le ralentissement de la matière lumineuse et sa sédimentation près du point d'impact. Parce que la matière noire n'interagit pas électromagnétiquement, elle n'a pas ralenti et a continué au-delà du centre.

Les observations aux rayons X montrent qu'une grande partie de la matière lumineuse (sous forme de gaz ou de plasma 107 à 108 Kelvin[54]) est concentrée au centre de l'amas. De faibles observations de lentilles gravitationnelles montrent qu'une grande partie de la masse manquante résiderait en dehors de la région centrale. Contrairement aux courbes de rotation galactique, cette preuve est indépendante des détails de la gravité newtonienne, soutenant directement la matière noire.[54]

Le comportement observé de la matière noire limite si et combien elle disperse d'autres particules de matière noire, quantifiée comme sa section efficace d'auto-interaction. Si la matière noire n'a pas de pression, elle peut être décrite comme un fluide parfait qui n'a pas d'amortissement.[55] La distribution de masse dans les amas de galaxies a été utilisée pour argumenter à la fois pour[56][57] et contre[58] l'importance de l'auto-interaction.

Une enquête en cours utilisant le télescope Subaru utilise une lentille faible pour analyser la lumière de fond, courbée par la matière noire, afin de déterminer comment la forme de la lentille (comment la matière noire est distribuée au premier plan). L'enquête étudie les galaxies distantes de plus d'un milliard d'années-lumière, sur une superficie supérieure à mille degrés carrés (environ un quarantième du ciel entier).[59][60]


Fond de micro-ondes cosmique
Article principal: fond de micro-ondes cosmique
Le fond diffus cosmologique par WMAP

Les fluctuations angulaires du CMB fournissent des preuves de la matière noire. Les échelles angulaires typiques des oscillations du CMB, mesurées comme le spectre de puissance des anisotropies du CMB, révèlent les différents effets de la matière baryonique et noire. La matière ordinaire interagit fortement par rayonnement alors que les particules de matière noire (WIMP) n'affectent pas toutes les deux les oscillations par leur gravité, de sorte que les deux formes de matière ont des effets différents.

Le spectre montre un premier pic important et des pics successifs plus petits.[36] Le premier pic parle principalement de la densité de la matière baryonique, tandis que le troisième pic concerne principalement la densité de la matière noire, mesurant la densité de la matière et la densité des atomes. [clarification nécessaire]
Levés du ciel et oscillations acoustiques baryoniques
Article détaillé : Oscillations acoustiques du baryon

Les oscillations acoustiques de l'univers primitif ont affecté la matière visible par le biais du regroupement d'oscillations acoustiques de Baryon (BAO), d'une manière qui peut être mesurée avec des relevés du ciel tels que le Sloan Digital Sky Survey et le 2dF Galaxy Redshift Survey.[61] Ces mesures sont des métriques CMB cohérentes dérivées du vaisseau spatial WMAP et contraignent davantage le modèle Lambda CDM et la matière noire. Notez que les données CMB et BAO adoptent des échelles de distance différentes.[30]


Mesures de distance de supernova de type Ia
Article détaillé : Supernova de type Ia

Les supernovae de type Ia peuvent être utilisées comme « bougies standard » pour mesurer les distances extragalactiques. De vastes ensembles de données de ces supernovae peuvent être utilisés pour contraindre les modèles cosmologiques.[62] Ils contraignent la densité d'énergie noire ΩΛ =

0,713 pour un univers Lambda CDM plat et le paramètre w pour un modèle de quintessence. Les résultats sont à peu près cohérents avec ceux dérivés des observations WMAP et contraignent davantage le modèle Lambda CDM et (indirectement) la matière noire.[30]


Forêt Lyman-alpha
Article principal: forêt Lyman-alpha

En spectroscopie astronomique, la forêt Lyman-alpha est la somme des raies d'absorption résultant de la transition Lyman-alpha de l'hydrogène neutre dans les spectres des galaxies lointaines et des quasars. Les observations de la forêt Lyman-alpha peuvent également contraindre les modèles cosmologiques.[63] Ces contraintes sont en accord avec celles obtenues à partir des données WMAP.


Formation de structures
Article principal: Formation de la structure
Carte 3D de la distribution à grande échelle de la matière noire, reconstruite à partir de mesures de faible lentille gravitationnelle avec le télescope spatial Hubble.[64]

La formation de la structure fait référence aux transformations en série de l'univers après le Big Bang. Avant la formation de la structure, par exemple, les solutions de la cosmologie de Friedmann à la relativité générale décrivent un univers homogène. Plus tard, de petites anisotropies se sont progressivement développées et ont condensé l'univers homogène en étoiles, galaxies et structures plus grandes.

Les observations suggèrent que la formation des structures se déroule de manière hiérarchique, les plus petites structures s'effondrant en premier, suivies des galaxies, puis des amas de galaxies. Au fur et à mesure que les structures s'effondrent dans l'univers en évolution, elles commencent à « s'allumer » à mesure que la matière baryonique se réchauffe par contraction gravitationnelle et se rapproche de l'équilibre de pression hydrostatique.

Les mesures d'anisotropie du CMB corrigent des modèles dans lesquels la plus grande partie de la matière est sombre. La matière noire comble également les lacunes dans les modèles de structure à grande échelle. L'hypothèse de la matière noire correspond aux relevés statistiques de la structure visible et précisément aux prédictions du CMB.

Initialement, la température et la pression post-Big Bang de la matière baryonique étaient trop élevées pour s'effondrer et former des structures plus petites, telles que des étoiles, via l'instabilité de Jeans. La gravité de la matière noire augmente la force de compactage, permettant la création de ces structures.

Des simulations informatiques de milliards de particules de matière noire[65] ont confirmé que le modèle de matière noire « froide » de la formation des structures est cohérent avec les structures observées lors des relevés des galaxies, tels que le Sloan Digital Sky Survey et le 2dF Galaxy Redshift Survey, ainsi que les observations de la Forêt Lyman-alpha.

Des tensions séparent observations et simulations. Les observations ont révélé 90 à 99 % de petites galaxies en moins que ce que permettent les prédictions basées sur la matière noire.[66][67] De plus, les simulations prédisent des distributions de matière noire avec une cuspide dense près des centres galactiques, mais les halos observés sont plus lisses que prévu.
Composition

La composition de la matière noire reste incertaine. Les possibilités incluent la matière baryonique dense (interagit avec la force électromagnétique) et la matière non baryonique (interagit avec son environnement uniquement par gravité).
Matière baryonique vs matière non baryonique


Les observations Fermi-LAT des galaxies naines fournissent de nouvelles informations sur la matière noire.
matière baryonique

La matière baryonique est constituée de baryons (protons et neutrons), qui composent les étoiles et les planètes. Il englobe également les trous noirs moins courants, les étoiles à neutrons, les vieilles naines blanches et les naines brunes, connues collectivement sous le nom d'objets de halo compacts massifs ou MACHO.

De multiples preuves suggèrent que la majorité de la matière noire n'est pas constituée de baryons :

Une quantité suffisante de gaz ou de poussière baryonique diffus serait visible lorsqu'elle était rétroéclairée par des étoiles.
La théorie de la nucléosynthèse du Big Bang prédit l'abondance observée des éléments chimiques [68][69] l'accord avec les abondances observées nécessite que la matière baryonique représente entre 4 et 5 % de la densité critique de l'univers. En revanche, la structure à grande échelle et d'autres observations indiquent que la densité totale de matière est d'environ 30 % de la densité critique (l'énergie noire fournissant les 70 % restants).
De grandes recherches astronomiques de microlentilles gravitationnelles dans la Voie lactée ont révélé qu'au plus une petite fraction de la matière noire peut se trouver dans des objets sombres, compacts et conventionnels (MACHO, etc.) la plage exclue des masses d'objets va de la moitié de la masse de la Terre jusqu'à 30 masses solaires, ce qui couvre presque tous les candidats plausibles.[70][71][72][73][74][75]
Une analyse détaillée des petites irrégularités (anisotropies) dans le fond diffus cosmologique observé par WMAP et Planck montre qu'environ cinq sixièmes de la matière totale sont sous une forme qui interagit de manière significative avec la matière ordinaire ou les photons uniquement par le biais d'effets gravitationnels.

Les candidats à la matière noire non baryonique sont des particules hypothétiques telles que les axions ou les particules supersymétriques. Les neutrinos ne peuvent fournir qu'une petite fraction de matière noire, en raison des limites dérivées de la structure à grande échelle et des galaxies à décalage vers le rouge élevé.[76]

Contrairement à la matière baryonique, la matière non baryonique n'a pas contribué à la formation des éléments dans l'univers primitif (« nucléosynthèse du Big Bang »)[10] et donc sa présence n'est révélée que par ses effets gravitationnels. De plus, si les particules qui le composent sont supersymétriques, elles peuvent subir des interactions d'annihilation avec elles-mêmes, entraînant éventuellement des sous-produits observables tels que les rayons gamma et les neutrinos ("détection indirecte").[76]
"Température"

La matière noire peut être divisée en catégories froides, chaudes et chaudes.[77] Ces catégories font référence à la vitesse plutôt qu'à la température, indiquant jusqu'où les objets correspondants se sont déplacés en raison de mouvements aléatoires dans l'univers primitif, avant qu'ils ne ralentissent en raison de l'expansion - il s'agit d'une distance importante appelée "longueur de flux libre" (FSL). Les fluctuations de densité primordiales inférieures à cette longueur sont éliminées lorsque les particules se propagent des régions trop denses aux régions sous-denses, tandis que les fluctuations plus importantes ne sont pas affectées. Par conséquent, cette longueur définit une échelle minimale pour la formation de la structure. Les catégories sont définies par rapport à la taille d'une protogalaxie (un objet qui évolue plus tard en une galaxie naine). Les FSL de la matière noire froide, chaude et chaude sont beaucoup plus petites, [78] similaires et beaucoup plus grandes, respectivement. [79]

Une quatrième catégorie appelée matière noire mixte a été écartée (dans les années 1990) suite à la découverte de l'énergie noire.

La matière noire froide conduit à une formation de structure « de bas en haut » tandis que la matière noire chaude entraînerait un scénario de formation « de haut en bas », ce dernier étant exclu par les observations de galaxies à fort décalage vers le rouge.[13]
Définitions alternatives

Ces catégories correspondent également en fonction des effets du spectre de fluctuation et de l'intervalle suivant le Big Bang auquel chaque type est devenu non relativiste.

Davis et al. écrit en 1985 :

Les particules candidates peuvent être regroupées en trois catégories sur la base de leur effet sur le spectre de fluctuation (Bond et al. 1983). Si la matière noire est composée d'abondantes particules lumineuses qui restent relativistes jusqu'à peu de temps avant la recombinaison, alors elle peut être qualifiée de "chaude". Le meilleur candidat pour la matière noire chaude est un neutrino. Une deuxième possibilité est que les particules de matière noire interagissent plus faiblement que les neutrinos, soient moins abondantes et aient une masse d'ordre 1 keV. De telles particules sont appelées "matière noire chaude", car elles ont des vitesses thermiques inférieures à celles des neutrinos massifs. il existe actuellement peu de particules candidates qui correspondent à cette description. Des gravitinos et des photinos ont été suggérés (Pagels et Primack 1982 Bond, Szalay et Turner 1982) . Toutes les particules qui sont devenues très tôt non relativistes et qui ont ainsi pu diffuser à une distance négligeable sont appelées matière noire "froide" (CDM). Il existe de nombreux candidats pour le MDP, y compris les particules supersymétriques.[80]

Une autre ligne de démarcation approximative est que la matière noire chaude est devenue non relativiste lorsque l'univers avait environ 1 an et 1 millionième de sa taille actuelle et à l'ère dominée par les rayonnements (photons et neutrinos), avec une température de photon de 2,7 millions de K. Standard la cosmologie physique donne la taille de l'horizon des particules à 2 ct [clarification nécessaire] à l'ère dominée par le rayonnement, donc 2 années-lumière. Une région de cette taille s'étendrait finalement à 2 millions d'années-lumière (en l'absence de formation de structure). Le FSL réel est environ 5 fois la longueur ci-dessus, car il continue de croître lentement à mesure que les vitesses des particules diminuent inversement avec le facteur d'échelle après qu'elles deviennent non relativistes. Dans cet exemple, le FSL correspondrait à 10 millions d'années-lumière ou 3 Mpc aujourd'hui, environ la taille contenant une grande galaxie moyenne.

La température de 2,7 millions de photons K donne une énergie photonique typique de 250 électron-volts, définissant ainsi une échelle de masse typique pour la matière noire "chaude" : des particules beaucoup plus massives que cela, telles que les WIMPs de masse GeV - TeV, deviendraient non relativistes beaucoup plus tôt. plus d'un an après le Big Bang et ont donc des FSL beaucoup plus petits qu'une proto-galaxie, ce qui les rend froids. A l'inverse, des particules beaucoup plus légères, comme les neutrinos avec des masses de seulement quelques eV, ont des FSL beaucoup plus grandes qu'une proto-galaxie, les qualifiant ainsi de chaudes.


Matière noire froide
Article principal : matière noire froide

La matière noire froide offre l'explication la plus simple pour la plupart des observations cosmologiques. C'est de la matière noire composée de constituants avec un FSL beaucoup plus petit qu'une protogalaxie. C'est l'objectif de la recherche sur la matière noire, car la matière noire chaude ne semble pas être capable de soutenir la formation de galaxies ou d'amas de galaxies, et la plupart des particules candidates ont ralenti tôt.

Les constituants de la matière noire froide sont inconnus. Les possibilités vont des gros objets comme les MACHO (comme les trous noirs [81]) ou les RAMBO (comme les amas de naines brunes), à de nouvelles particules comme les WIMPs et les axions.

Les études sur la nucléosynthèse du Big Bang et les lentilles gravitationnelles ont convaincu la plupart des cosmologues[13][82][83][84][85][86] que les MACHO[82][84] ne peuvent pas constituer plus qu'une petite fraction de la matière noire.[ 10][82] D'après A. Peter : ". les seuls candidats vraiment plausibles à la matière noire sont les nouvelles particules. »[83]

L'expérience DAMA/NaI et son successeur DAMA/LIBRA ont prétendu détecter directement les particules de matière noire traversant la Terre, mais de nombreux chercheurs restent sceptiques, car les résultats négatifs d'expériences similaires semblent incompatibles avec les résultats de DAMA.

De nombreux modèles supersymétriques offrent des candidats à la matière noire sous la forme de la particule supersymétrique la plus légère de WIMPy (LSP).[87] Séparément, des neutrinos stériles lourds existent dans des extensions non supersymétriques du modèle standard qui expliquent la petite masse de neutrinos à travers le mécanisme de bascule.


Matière noire chaude
Article principal : matière noire chaude

La matière noire chaude fait référence à des particules avec un FSL comparable à la taille d'une protogalaxie. Les prédictions basées sur la matière noire chaude sont similaires à celles de la matière noire froide à grande échelle, mais avec moins de perturbations de densité à petite échelle. Cela réduit l'abondance prédite des galaxies naines et peut conduire à une densité plus faible de matière noire dans les parties centrales des grandes galaxies, certains chercheurs considèrent que cela correspond mieux aux observations. Un défi pour ce modèle est le manque de candidats particules avec la masse requise

Aucune particule connue ne peut être classée comme matière noire chaude. Un candidat postulé est le neutrino stérile : une forme plus lourde et plus lente de neutrino qui n'interagit pas par la force faible (contrairement aux autres neutrinos). Certaines théories de la gravité modifiées, telles que la gravité scalaire-tenseur-vecteur, nécessitent de la matière noire chaude pour faire fonctionner leurs équations.


Matière noire chaude
Article principal : matière noire chaude

La matière noire chaude est constituée de particules dont la FSL est beaucoup plus grande que la taille d'une protogalaxie. Le neutrino se qualifie. Ils ont été découverts indépendamment, bien avant la chasse à la matière noire : ils ont été postulés en 1930, et détectés en 1956. La masse des neutrinos est inférieure à 10−6 celle d'un électron. Les neutrinos interagissent avec la matière normale uniquement via la gravité et la force faible, ce qui les rend difficiles à détecter (la force faible ne fonctionne que sur une petite distance, ainsi un neutrino ne déclenche un événement de force faible que s'il frappe un noyau de front). Cela en fait des « particules de lumière à interaction faible » (WILP), par opposition aux WIMP.

Les trois saveurs connues des neutrinos sont l'électron, le muon et le tau. Leurs masses sont légèrement différentes. Les neutrinos oscillent entre les saveurs au fur et à mesure qu'ils bougent. Il est difficile de déterminer une limite supérieure exacte sur la masse moyenne collective des trois neutrinos (ou pour l'un des trois individuellement). Par exemple, si la masse moyenne des neutrinos était supérieure à 50 eV/c2 (moins de 10-5 de la masse d'un électron), l'univers s'effondrerait. Les données du CMB et d'autres méthodes indiquent que leur masse moyenne ne dépasse probablement pas 0,3 eV/c2. Ainsi, les neutrinos observés ne peuvent pas expliquer la matière noire.[88]

Parce que les fluctuations de densité de la taille des galaxies sont effacées par le flux libre, la matière noire chaude implique que les premiers objets qui peuvent se former sont d'énormes crêpes de la taille d'un superamas, qui se fragmentent ensuite en galaxies. Les observations en champ profond montrent plutôt que les galaxies se sont formées en premier, suivies des amas et des superamas lorsque les galaxies s'agglutinent.

Si la matière noire est composée de WIMPs, alors des millions, voire des milliards, de WIMPs doivent traverser chaque centimètre carré de la Terre chaque seconde.[89][90] De nombreuses expériences visent à tester cette hypothèse. Bien que les WIMPs soient des candidats de recherche populaires,[13] l'Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) recherche les axions. Un autre candidat est constitué de particules lourdes de secteurs cachés qui n'interagissent avec la matière ordinaire que par gravité.

Ces expériences peuvent être divisées en deux classes : les expériences de détection directe, qui recherchent la diffusion des particules de matière noire hors des noyaux atomiques dans un détecteur et la détection indirecte, qui recherche les produits des annihilations WIMP.[76]

Des expériences de détection directe fonctionnent en profondeur pour réduire les interférences des rayons cosmiques. Les détecteurs comprennent la mine Stawell, la mine Soudan, le laboratoire souterrain SNOLAB à Sudbury, en Ontario, le laboratoire national du Gran Sasso, le laboratoire souterrain de Canfranc, le laboratoire souterrain de Boulby, le Deep Underground Science and Engineering Laboratory et le détecteur de particules et de xénon astrophysique.

Ces expériences utilisent principalement des technologies de détection de liquides cryogéniques ou nobles. Les détecteurs cryogéniques fonctionnant à des températures inférieures à 100 mK, détectent la chaleur produite lorsqu'une particule frappe un atome dans un cristal absorbant tel que le germanium. Les détecteurs de liquide noble détectent la scintillation produite par une collision de particules dans le xénon ou l'argon liquide. Les expériences de détecteurs cryogéniques incluent : CDMS, CRESST, EDELWEISS, EURECA. Les expériences sur les liquides nobles incluent ZEPLIN, XENON, DEAP, ArDM, WARP, DarkSide, PandaX et LUX, l'expérience Large Underground Xenon. Ces deux techniques distinguent les particules de fond (qui diffusent les électrons) des particules de matière noire (qui diffusent les noyaux). D'autres expériences incluent SIMPLE et PICASSO.

Les expériences DAMA/NaI, DAMA/LIBRA ont détecté une modulation annuelle du taux d'événements[91] qui, selon eux, est due à la matière noire. (Lorsque la Terre orbite autour du Soleil, la vitesse du détecteur par rapport au halo de matière noire variera légèrement). Cette affirmation est jusqu'à présent non confirmée et non conciliée avec les résultats négatifs d'autres expériences.[92]

La détection directionnelle est une stratégie de recherche basée sur le mouvement du système solaire autour du centre galactique.[93][94][95][96]

Une chambre de projection temporelle à basse pression permet d'accéder aux informations sur les pistes de recul et de contraindre la cinématique WIMP-noyau. Les WIMPs provenant de la direction dans laquelle le Soleil se déplace (approximativement vers le Cygne) peuvent alors être séparés du fond, qui devrait être isotrope. Les expériences directionnelles sur la matière noire incluent DMTPC, DRIFT, Newage et MIMAC.

En 2009, les chercheurs du CDMS ont signalé deux événements candidats WIMP possibles. Ils estiment que la probabilité que ces événements soient dus au bruit de fond (neutrons ou événements bêta ou gamma mal identifiés) est de 23 %, et concluent que « cette analyse ne peut pas être interprétée comme une preuve significative d'interactions WIMP, mais nous ne pouvons rejeter l'un ou l'autre événement comme signal ». 97]

En 2011, des chercheurs utilisant les détecteurs CRESST ont présenté des preuves[98] de 67 collisions se produisant dans des cristaux de détecteur à partir de particules subatomiques. Ils ont calculé que la probabilité que tous soient causés par des sources connues d'interférence/contamination était de 1 sur 10 −5 .


Détection indirecte
Collage de six collisions d'amas avec des cartes de matière noire. Les amas ont été observés dans une étude sur le comportement de la matière noire dans les amas de galaxies lorsque les amas entrent en collision.[99]
Fichier : Transformer les trous noirs en Dark Matter Labs.webmPlay media
Vidéo sur la détection potentielle des rayons gamma de l'annihilation de la matière noire autour des trous noirs supermassifs. (Durée 3:13, voir aussi la description du fichier.)

Les expériences de détection indirecte recherchent les produits de l'annihilation/de la désintégration des WIMP. Si les WIMPs sont des particules de Majorana (leur propre antiparticule), alors deux WIMPs pourraient s'annihiler pour produire des rayons gamma ou des paires particule-antiparticule du modèle standard. Si le WIMP est instable, les WIMP pourraient se désintégrer en particules de modèle standard (ou autres). Ces processus pourraient être détectés indirectement par un excès de rayons gamma, d'antiprotons ou de positons émanant de régions à haute densité. La détection d'un tel signal n'est pas une preuve concluante, car les sources de production de rayons gamma ne sont pas entièrement comprises.[13][76]

Quelques WIMPs traversant le Soleil ou la Terre peuvent disperser des atomes et perdre de l'énergie. Ainsi, les WIMPs peuvent s'accumuler au centre de ces corps, augmentant les risques de collision/d'annihilation. Cela pourrait produire un signal distinctif sous la forme de neutrinos à haute énergie.[100] Un tel signal serait une forte preuve indirecte de la matière noire WIMP.[13] Les télescopes à neutrinos de haute énergie comme AMANDA, IceCube et ANTARES recherchent ce signal.

L'annihilation WIMP de la Voie Lactée dans son ensemble peut également être détectée sous la forme de divers produits d'annihilation.[101] Le Centre Galactique est un endroit particulièrement intéressant à regarder car la densité de matière noire peut y être plus élevée.[102]

Le télescope à rayons gamma EGRET a observé plus de rayons gamma que prévu de la Voie lactée, mais les scientifiques ont conclu que cela était probablement dû à une estimation incorrecte de la sensibilité du télescope.[103]

Le télescope spatial Fermi à rayons gamma est à la recherche de rayons gamma similaires.[104] En avril 2012, une analyse[105] des données précédemment disponibles de son instrument Large Area Telescope a produit des preuves statistiques d'un signal de 130 GeV dans le rayonnement gamma provenant du centre de la Voie lactée. L'annihilation des WIMP était considérée comme l'explication la plus probable.[106]

À des énergies plus élevées, les télescopes à rayons gamma au sol ont fixé des limites à l'annihilation de la matière noire dans les galaxies sphéroïdales naines[107] et dans les amas de galaxies.[108]

L'expérience PAMELA (lancée en 2006) a détecté des excès de positrons. Ils pourraient provenir de l'annihilation de la matière noire ou des pulsars. Aucun excès d'antiprotons n'a été observé.[109]

En 2013, les résultats du spectromètre magnétique Alpha sur la Station spatiale internationale ont indiqué un excès de rayons cosmiques de haute énergie qui pourraient être dus à l'annihilation de la matière noire.[110][111][112][113][114][115]

Une approche alternative à la détection des WIMPs dans la nature consiste à les produire en laboratoire. Des expériences avec le Grand collisionneur de hadrons (LHC) pourraient permettre de détecter les WIMPs produits lors des collisions des faisceaux de protons du LHC. Parce qu'une WIMP a une interaction négligeable avec la matière, elle peut être détectée indirectement comme (de grandes quantités) d'énergie et de quantité de mouvement manquantes qui s'échappent des détecteurs, à condition que d'autres produits de collision (non négligeables) soient détectés.[116] Ces expériences pourraient montrer que les WIMPs peuvent être créés, mais une expérience de détection directe doit encore montrer qu'ils existent en nombre suffisant pour tenir compte de la matière noire.


Théories alternatives
Masse en dimensions supplémentaires

Dans certaines théories multidimensionnelles, la force de gravité est la seule force ayant un effet dans toutes les dimensions.[117] Cela explique la faiblesse relative de la gravité par rapport aux autres forces de la nature qui ne peuvent pas traverser des dimensions supplémentaires. Dans ce cas, la matière noire pourrait exister dans une « vallée cachée » dans d'autres dimensions qui n'interagissent avec la matière dans nos dimensions que par gravité. Cette matière noire pourrait potentiellement s'agréger de la même manière que la matière ordinaire, formant des galaxies d'autres dimensions.[9][118]

La matière noire pourrait être constituée de défauts primordiaux ("défauts de naissance") dans la topologie des champs quantiques, qui contiendraient de l'énergie et donc graviteraient. Cette possibilité peut être étudiée par l'utilisation d'un réseau orbital d'horloges atomiques qui enregistrerait le passage de défauts topologiques par des changements de synchronisation d'horloge. Le système de positionnement global peut être en mesure de fonctionner comme un tel réseau.[119]

Certaines théories modifient les lois de la gravité.

Le plus ancien était la dynamique newtonienne modifiée (MOND) de Mordehai Milgrom en 1983, qui ajuste les lois de Newton pour augmenter la force du champ gravitationnel là où l'accélération gravitationnelle devient minuscule (comme près du bord d'une galaxie). Il a réussi à expliquer les courbes de vitesse de rotation des galaxies elliptiques et elliptiques naines, mais pas la lentille gravitationnelle des amas de galaxies. MOND n'était pas relativiste : c'était un ajustement du compte newtonien. Des tentatives ont été faites pour mettre MOND en conformité avec la relativité générale, ce qui a engendré des hypothèses concurrentes basées sur MOND, notamment la gravité TeVeS, MOG ou STV et l'approche phénoménologique covariante.[120]

En 2007, Moffat a proposé une hypothèse de gravité modifiée basée sur la théorie gravitationnelle non symétrique (NGT) qui prétend expliquer le comportement des galaxies en collision.[121] Ce modèle nécessite la présence de neutrinos non relativistes ou d'autre matière noire froide pour fonctionner.

Une autre proposition utilise une rétro-réaction gravitationnelle d'une théorie qui explique la force gravitationnelle entre les objets comme une action, une réaction puis une rétro-réaction. Ainsi, un objet A affecte un objet B, et l'objet B réaffecte alors l'objet A, et ainsi de suite : créant une boucle de rétroaction qui renforce la gravité.[122]

En 2008, un autre groupe a proposé le "dark fluid", une modification de la gravité à grande échelle. Il a émis l'hypothèse que les effets gravitationnels attrayants sont plutôt un effet secondaire de l'énergie noire. Le fluide noir combine la matière noire et l'énergie noire dans un seul champ d'énergie qui produit différents effets à différentes échelles. Ce traitement est une simplification d'un modèle fluide précédent appelé modèle de gaz de Chaplygin généralisé dans lequel l'ensemble de l'espace-temps est un gaz compressible.[123] Le fluide sombre peut être comparé à un système atmosphérique. La pression atmosphérique provoque l'expansion de l'air et les régions d'air peuvent s'effondrer pour former des nuages. De la même manière, le fluide sombre pourrait généralement se disperser, tout en s'accumulant autour des galaxies.[123]

En appliquant la relativité à l'espace-temps fractal et non différenciable, Nottale suggère que l'énergie potentielle peut survenir en raison de la fractalité de l'espace-temps, ce qui expliquerait la masse-énergie manquante observée aux échelles cosmologiques.[124][125]


La culture populaire
Article détaillé : La matière noire dans la fiction

La matière noire est mentionnée dans certains jeux vidéo et autres œuvres de fiction. Dans de tels cas, on lui attribue généralement des propriétés physiques ou magiques extraordinaires. De telles descriptions sont souvent incompatibles avec les propriétés hypothétiques de la matière noire en physique et en cosmologie.


Voir également
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Particule caméléon
Gravité conforme
Spectromètre général d'antiparticules
Projet Illustris
Matière noire légère
Matière miroir
Multidark (programme de recherche)
Matière noire du champ scalaire
Matière noire à interaction automatique
SIMPLE
Physique sans particules

Puisque l'énergie noire, par convention, ne compte pas comme "matière", c'est 26,8/(4,9 + 26,8)=0,845


Au-delà de la matière noire

Le mystère de ce qu'est réellement la matière noire reste le défi ultime de la physique fondamentale moderne. La question centrale est de savoir s'il s'agit bien d'une source de masse manquante, telle qu'un nouveau type de matière, ou si la loi de la gravitation est simplement différente à des échelles de longueur gigantesques.

Bien que la première option semble très tentante, nous n'avons pas encore trouvé de matière noire. De plus, alors que les lois de la gravité sont bien testées dans le système solaire, il faut être prudent en extrapolant cela à des échelles qui sont au moins un milliard de fois plus grandes.

Une tentative bien connue pour se débarrasser du besoin de matière noire est la dynamique newtonienne modifiée (MOND), qui suggère que la loi de la gravité de Newton devient irrégulière lorsque l'attraction gravitationnelle est très faible - comme c'est le cas dans les régions externes de la galaxie. Mais cette théorie, bien que réussie à bien des égards, n'a pas passé les mêmes tests rigoureux que notre modèle standard de cosmologie, qui inclut la matière noire.

Le problème principal est que MOND ne peut pas expliquer le problème de masse manquante dans les galaxies et les amas de galaxies en même temps. Un autre argument très fort contre MOND est basé sur l'observation d'amas de galaxies en collision, où les étoiles de chaque galaxie se croisent, mais les nuages ​​de gaz se collent les uns aux autres et restent derrière. Un exemple célèbre est le Bullet Cluster, qui se compose de deux de ces clusters en collision. Les observations suggèrent que la matière noire suit les étoiles dans ces événements, qui ont une masse totale inférieure à celle du nuage de gaz. MOND ne peut pas expliquer pourquoi.


Jeans Sir James

Nos rédacteurs examineront ce que vous avez soumis et détermineront s'il faut réviser l'article.

Jeans Sir James, en entier Jean Sir James Hopwood, (né le 11 septembre 1877 à Londres, en Angleterre - décédé le 16 septembre 1946 à Dorking, Surrey), physicien et mathématicien anglais qui fut le premier à proposer que la matière est continuellement créée dans tout l'univers. Il a fait d'autres innovations dans la théorie astronomique, mais est peut-être mieux connu comme écrivain de livres populaires sur l'astronomie.

Jeans a enseigné à l'Université de Cambridge (1904–05, 1910–12) et à l'Université de Princeton (1905–09). En 1923, il devient associé de recherche au mont. Observatoire Wilson, Pasadena, Californie, où il resta jusqu'en 1944. En 1928, l'année où il fut fait chevalier, il proposa sa théorie de la création continue.

Ses travaux comprenaient des recherches sur les nébuleuses spirales, la source d'énergie stellaire, les systèmes d'étoiles binaires et multiples, et les étoiles géantes et naines. Il a également analysé la rupture de corps en rotation rapide sous le stress de la force centrifuge et a conclu que l'hypothèse nébulaire de Laplace, qui affirmait que les planètes et le Soleil se condensaient à partir d'un seul nuage gazeux, était invalide. Il proposa à la place la théorie catastrophique ou des marées, suggérée pour la première fois par le géologue américain Thomas C. Chamberlin. Selon cette théorie, une étoile a manqué de peu la collision avec le Soleil et, en passant, s'est éloignée du Soleil des débris stellaires qui se sont condensés pour former les planètes.

Jeans a appliqué les mathématiques aux problèmes de thermodynamique et de chaleur rayonnante et a écrit sur d'autres aspects du rayonnement. Parmi ses nombreux livres populaires, les meilleurs étaient peut-être L'univers qui nous entoure (1929) et À travers l'espace et le temps (1934). Ses travaux techniques importants comprennent La théorie dynamique des gaz (1904), Mécanique théorique (1906), La théorie mathématique de l'électricité et du magnétisme (1908), et Introduction à la théorie cinétique des gaz (1940).


Le complot de la matière noire

Simulation informatique d'une galaxie, avec la matière noire colorisée pour la rendre visible. La matière noire entoure et imprègne la galaxie, la maintient ensemble et permet aux étoiles et aux planètes de se former. Crédit image : Springel et al., Virgo Consortium, Max-Planck-Institute for Astrophysics. Une équipe internationale d'astronomes, dirigée par Michele Cappellari de l'Université d'Oxford, a utilisé les données recueillies par l'observatoire WM Keck à Hawaï pour analyser les mouvements des étoiles dans les parties externes des galaxies elliptiques, dans le premier relevé de ce type pour capturer un grand nombre de ces galaxies. L'équipe a découvert des similitudes gravitationnelles surprenantes entre les galaxies spirales et elliptiques, impliquant l'influence de forces cachées. L'étude sera publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Exemple de cartographie et d'analyse des vitesses des étoiles dans une galaxie elliptique. Les couleurs bleues montrent les régions où les étoiles se précipitent vers l'observateur sur Terre, et les couleurs rouges montrent les régions qui s'éloignent, dans un schéma global de rotation cohérente. Le panneau supérieur montre les données originales, telles que collectées à l'aide du spectrographe DEIMOS au W.M. Observatoire de Keck. Le panneau du bas montre un modèle numérique qui correspond remarquablement bien aux données, en utilisant l'influence gravitationnelle combinée de la matière lumineuse et noire. Crédit image : M. Cappellari et l'équipe SLUGGS. Les scientifiques des États-Unis, de l'Australie et de l'Europe ont utilisé le puissant spectrographe DEIMOS installé sur le plus grand télescope optique du monde à l'observatoire de Keck pour mener une étude majeure des galaxies voisines appelée SLUGGS, qui a cartographié les vitesses de leurs étoiles. L'équipe a ensuite appliqué la loi de la gravité de Newton pour traduire ces mesures de vitesse en quantités de matière distribuées dans les galaxies.

« Le spectrographe DEIMOS a été crucial pour cette découverte, car il peut collecter les données d'une galaxie géante entière à la fois, tout en échantillonnant les vitesses de ses étoiles à une centaine d'emplacements distincts avec une précision exquise », a déclaré Aaron Romanowsky, de l'Université d'État de San José.

L'une des découvertes scientifiques les plus importantes du 20e siècle a été que les spectaculaires galaxies spirales, telles que notre propre Voie lactée, tournent beaucoup plus vite que prévu, alimentées par une force gravitationnelle supplémentaire de la "matière noire" invisible comme on l'appelle maintenant. . Depuis cette découverte il y a 40 ans, nous avons appris que cette substance mystérieuse, qui est probablement une particule élémentaire exotique, représente environ 85 % de la masse de l'univers, ne laissant que 15 % à la substance ordinaire rencontrée dans notre vie quotidienne. La matière noire est au cœur de notre compréhension de la façon dont les galaxies se forment et évoluent &mdash et est finalement l'une des raisons de l'existence de la vie sur Terre &mdash pourtant nous ne savons presque rien à son sujet.

Les vitesses des étoiles sur des orbites circulaires ont été mesurées autour des galaxies spirales et elliptiques. Sans matière noire, les vitesses devraient diminuer avec la distance de la galaxie, à des rythmes différents pour les deux types de galaxies. Au lieu de cela, la matière noire semble conspirer pour maintenir les vitesses stables. Crédit image : M. Cappellari et le Sloan Digital Sky Survey. "La découverte surprenante de notre étude est que les galaxies elliptiques maintiennent une vitesse circulaire remarquablement constante à de grandes distances de leurs centres, de la même manière que les galaxies spirales sont déjà connues pour le faire", a déclaré Cappellari. Cela signifie que dans ces types de galaxies très différents, les étoiles et la matière noire conspirent pour se redistribuer pour produire cet effet, les étoiles dominant dans les régions intérieures des galaxies et un passage progressif des régions extérieures à la domination de la matière noire. ”

Cependant, la conspiration ne sort pas naturellement des modèles de matière noire, et quelques ajustements inquiétants sont nécessaires pour expliquer les observations. Pour cette raison, le complot a même conduit certains auteurs à suggérer que, plutôt que d'être dû à la matière noire, cela pourrait être dû à la loi de la gravité de Newton devenant progressivement moins précise à de grandes distances. Remarquablement, des décennies après avoir été proposée, cette théorie alternative (sans matière noire) ne peut toujours pas être exclue de manière concluante.

Les galaxies spirales ne constituent que moins de la moitié de la masse stellaire de l'univers, qui est dominée par des galaxies elliptiques et lenticulaires, et qui ont des configurations d'étoiles plus gonflées et n'ont pas les disques plats de gaz que les spirales ont. Dans ces galaxies, il a été très difficile techniquement de mesurer leurs masses et de découvrir combien de matière noire elles ont, et comment elle est distribuée jusqu'à présent.

Parce que les galaxies elliptiques ont des formes et des histoires de formation différentes de celles des galaxies spirales, la conspiration nouvellement découverte est encore plus profonde et conduira les experts en matière noire et en formation de galaxies à réfléchir soigneusement à ce qui s'est passé dans le "secteur sombre" de l'univers. .

“Cette question est particulièrement opportune en cette période où les physiciens du CERN, après une première tentative ratée, sont sur le point de redémarrer le Grand collisionneur de hadrons pour tenter de détecter directement la même particule de matière noire insaisissable, qui fait tourner rapidement les galaxies, si vraiment existe ! », a déclaré le professeur Jean Brodie, chercheur principal de l'enquête SLUGGS.


L'univers primitif

Note de l'éditeur : je ne fais que copier ceci de Wikipédia, car il ne s'agit que d'une page d'espace de base. J'ai également intégré la chronologie de la cosmologie de la page Chronologies et échelles de mesure de Niel Brandt (avec les références originales). Pour un autre lien, voir le post de Rob Knop sur L'histoire de l'univers aux interactions galactiques. À l'avenir, plus de texte et de liens pourraient être ajoutés ici, si quelqu'un souhaite contribuer à MAK110726

Après la fin de l'inflation cosmique, l'univers est rempli d'un plasma quark-gluon. À partir de ce point, la physique de l'univers primitif est mieux comprise et moins spéculative. - Wikipédia

Rupture de supersymétrie

Si la supersymétrie est une propriété de notre univers, alors elle doit être brisée à une énergie qui n'est pas inférieure à 1 TeV, l'échelle de symétrie électrofaible. Les masses des particules et de leurs superpartenaires ne seraient alors plus égales, ce qui pourrait expliquer qu'aucun superpartenaire de particules connues n'ait jamais été observé. - Wikipédia

1x10-11 Unification électrofaible brisure spontanée de symétrie Température : 3 x 10 15 ( Kolb & Turner 1990 p.72)

Ère Quark-Lepton

L'époque des quarks: Entre 10 -12 secondes et 10 -6 secondes après le Big Bang.

Dans la brisure de symétrie électrofaible, à la fin de l'époque électrofaible, on pense que toutes les particules fondamentales acquièrent une masse via le mécanisme de Higgs dans lequel le boson de Higgs acquiert une valeur d'espérance de vide. Les interactions fondamentales de la gravitation, de l'électromagnétisme, de l'interaction forte et de l'interaction faible ont maintenant pris leurs formes actuelles, mais la température de l'univers est encore trop élevée pour permettre aux quarks de se lier pour former des hadrons. - Wikipédia

2 x 10-7 Tauon anti-tauon annihilation Température : 2 x 10 13 kelvin ( Harrison, 1981, p. 353)

Epoque Hadron: Entre 10 -6 secondes et 1 seconde après le Big Bang

Le plasma quark-gluon qui compose l'univers se refroidit jusqu'à ce que les hadrons, y compris les baryons tels que les protons et les neutrons, puissent se former. Environ 1 seconde après le Big Bang, les neutrinos se découplent et commencent à voyager librement dans l'espace. Ce fond de neutrinos cosmiques, bien qu'il soit peu probable qu'il soit jamais observé en détail, est analogue au fond de micro-ondes cosmiques qui a été émis bien plus tard. (Voir ci-dessus concernant le plasma quark-gluon, à l'époque de la théorie des cordes) - Wikipédia

1 x 10-5 Formation de hadrons à partir de quarks Température : 2 x 10 12 ( Kolb & Turner 1990 p.72)

7 x 10-5 Annihilation muon anti-muon Température : 1 x 10 12 kelvin ( Harrison, 1981, p. 353)

5 x 10-4 À ce stade, l'univers présente une asymétrie baryon-antibaryon qui résulte des processus post-inflationnistes de violation de B,C,CP Température : 4 x 10 11 kelvin (Kolb & Turner 1990 pp.159, 281)

1 x 10-1 Les interactions faibles du courant neutre deviennent trop lentes et les neutrinos se découplent Température : 3 x 10 10 kelvin (Boesgaard & Steigman, 1985 p.322)

L'époque de Lepton: Entre 1 seconde et 10 secondes après le Big Bang

La majorité des hadrons et des anti-hadrons s'annihilent à la fin de l'époque des hadrons, laissant les leptons et les anti-leptons dominer la masse de l'univers. Environ 10 secondes après le Big Bang, la température de l'univers chute au point où les nouvelles paires lepton/anti-lepton ne sont plus créées et la plupart des leptons et anti-leptons sont éliminés dans des réactions d'annihilation, laissant un petit résidu de leptons. - Wikipédia

1x10 0 Les interactions faibles du courant chargé deviennent trop lentes et le rapport neutron/proton se fige Température : 1 x 10 10 kelvin (Boesgaard & Steigman, 1985 p.322)

1x10 1 Température d'annihilation électron-positon : 5 x 10 9 kelvin (Boesgaard & Steigman, 1985 p.322)

Ère du rayonnement (époque des photons)

Après que la plupart des leptons et des anti-leptons aient été annihilés à la fin de l'époque des leptons, l'énergie de l'univers est dominée par les photons. Ces photons interagissent encore fréquemment avec des protons chargés, des électrons et (éventuellement) des noyaux, et continueront de le faire pendant les 380 000 prochaines années. - Wikipédia

10 2 secondes Les énergies typiques des photons tombent en dessous de l'énergie de liaison du deutéron et la nucléosynthèse commence. Température : 1 x 10 9 kelvin (Boesgaard & Steigman, 1985 p.322)

Nucléosynthèse: Entre 3 minutes et 20 minutes après le Big Bang


Les abondances des éléments légers dues à la nucléosynthèse Big-Bang. Graphique de Quelles sont les chances? Partie 2 : Inflation cosmique ! par Ethan Siegel

10 3 Les énergies des particules tombent en dessous des énergies de barrière de Coulomb et la nucléosynthèse se termine. Température : 4 x 10 8 kelvin (Boesgaard & Steigman, 1985 p.322)

Pendant l'ère des photons, la température de l'univers chute au point où les noyaux atomiques peuvent commencer à se former. Les protons (ions hydrogène) et les neutrons commencent à se combiner en noyaux atomiques lors du processus de fusion nucléaire. Ceux-ci n'étaient constitués que des noyaux des éléments chimiques les plus simples : principalement de l'hydrogène et de l'hélium. Cependant, la nucléosynthèse ne dure que dix-sept minutes environ, après quoi la température et la densité de l'univers ont chuté au point où la fusion nucléaire ne peut plus se poursuivre. A cette époque, il y a environ trois fois plus d'hydrogène que d'hélium-4 (en masse) et seulement des traces d'autres noyaux. - Wikipédia

Diagramme montrant la phylogénie de la matière au niveau micro. Extrait de The Evolutionary Eras after the First Minute, reproduit à son tour à partir d'un site Web basé sur un cours développé par le Dr J. Schombert de l'Université de l'Oregon, intitulé 21st Century Science - The Birth of the Universe. Voir le lien ci-dessus pour plus de détails. Ce diagramme introduit l'idée que les trous noirs peuvent s'être formés au moment même de la création de la matière et ont joué un rôle important dans la formation de la matière.

L'ère dominée par la matière commence

Domination de la matière : 50 à 70 000 ans après le Big Bang. Jusqu'à présent, l'Univers en expansion est encore relativement lisse et sans structure. A cette époque, les densités de matière non relativiste (noyaux atomiques) et de rayonnement relativiste (photons) sont égales. La longueur de Jeans, qui détermine les plus petites structures pouvant se former (en raison de la compétition entre l'attraction gravitationnelle et les effets de pression), commence à baisser et les perturbations, au lieu d'être effacées par le rayonnement libre, peuvent commencer à croître en amplitude. En conséquence, après 50 000 ans environ, de mystérieux amas de matière noire commencent à s'effondrer. Selon le ΛCDM, à ce stade, la matière noire froide domine, ouvrant la voie à un effondrement gravitationnel pour amplifier les minuscules inhomogénéités laissées par l'inflation cosmique, rendant les régions denses plus denses et les régions raréfiées plus raréfiées. Ce sont les structures qui mènent finalement à la naissance des étoiles et des galaxies, et finalement à nous. Cependant, parce que les théories actuelles sur la nature de la matière noire ne sont pas concluantes, il n'y a pas encore de consensus quant à son origine à des époques antérieures, comme cela existe actuellement pour la matière baryonique. - Thème de la merveille de Jodrell Bank Wikipédia

Recombinaison environ 377 000 ans après le Big Bang - Rayonnement de fond cosmique micro-ondes


Les observations de Cosmic Background Explorer et de Wilkinson Anisotropy Microwave Probe de la NASA ont révélé la lumière micro-ondes de la période immédiatement après le Big Bang, fournissant des preuves solides de la théorie du Big Bang. Les résultats du Cosmic Background Explorer ont été récompensés par le prix Nobel de physique 2006. (À partir de la brève histoire de l'univers). Les données WMAP montrent les variations de rayonnement de fond micro-ondes dans tout l'Univers de notre point de vue, bien que les variations réelles soient beaucoup plus douces que le schéma ne le suggère. (Wikipédia)

Avant que le découplage ne se produise, la plupart des photons de l'univers interagissent avec les électrons et les protons dans le fluide photon-baryon. L'univers est opaque ou « brumeux » en conséquence la lumière ne peut pas voyager loin avant d'être dispersée ou absorbée. La matière baryonique de l'univers était constituée de plasma ionisé. Plus précisément, les noyaux d'hydrogène et d'hélium ionisés. Cela signifie qu'aucun électron n'était lié aux noyaux, qui (contenant des protons chargés positivement) sont donc électriquement chargés (+1 et +2 respectivement).

Environ 380 000 ans après le Big Bang, les températures ont chuté au point où le plasma est devenu neutre. Les électrons libres du plasma sont capturés par les ions positifs (noyaux), formant des atomes d'hydrogène et d'hélium électriquement neutres, un processus appelé recombinaison. Ce processus est relativement rapide, et plus rapide pour l'hélium que pour l'hydrogène. Cela libère les photons créant le rayonnement de fond de micro-ondes cosmique (CMB en abrégé). Ainsi, les photons peuvent désormais voyager librement (diffusion Compton) : l'univers est devenu transparent. Cet événement cosmique est généralement appelé découplage. Lorsque les photons ont été libérés (découplés), l'univers est devenu transparent et la lumière est libre de voyager sans entrave. À ce stade, le seul rayonnement émis est la ligne de spin de 21 cm de l'hydrogène neutre. La température de l'Univers lorsqu'il est devenu transparent était d'environ 3 000 degrés. A cette température, l'Univers aurait brillé d'un rouge terne. À la fin de la recombinaison, la plupart des protons de l'univers sont liés dans des atomes neutres.Étant donné que les photons présents au moment du découplage peuvent désormais voyager sans être perturbés (la trajectoire de vol moyenne des photons devient effectivement infinie), ce sont les mêmes photons que nous voyons dans le rayonnement de fond de micro-ondes cosmique, après avoir été encore refroidis et étirés dans la bande des micro-ondes du spectre électromagnétique par l'expansion de l'Univers. C'est le faible sifflement des ondes radio que l'on trouve dans n'importe quelle partie du ciel que les radiotélescopes pointent. Ils voyagent à travers l'Univers depuis près de 14 milliards d'années. En ce sens, l'astronomie ressemble un peu à l'archéologie et à la paléontologie. Avec les deux derniers, plus vous creusez de couches, plus vous regardez dans le passé. Avec l'astronomie, le père dans l'espace que nous regardons le plus loin dans le temps que nous voyons. Le rayonnement de fond micro-ondes fournit un instantané de l'univers alors qu'il n'avait que 380 000 ans, y compris les minuscules fluctuations générées lors de l'inflation Thème de la merveille de Jodrell Bank Wikipédia, Wikipédia

Temps sombres: environ 400 000 à 100 millions à un milliard d'années après le Big Bang. Entre la recombinaison et l'apparition des premières étoiles et galaxies, il y a eu une période où l'univers était sombre et le fond micro-onde ne traçait plus la répartition de la matière. C'est durant cette période fascinante mais encore méconnue que les premières étoiles et galaxies prennent forme. (Voir le Scientifique américain article Les âges sombres de l'univers par Abraham Loeb)

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