astrophysique

Dès les années 1930, l’astronome suisse Fritz Zwicky, en étudiant les galaxies, s’est trouvé confronté à un problème : les mesures de la vitesse des étoiles dans leur rotation autour du cœur des galaxies laissaient supposer qu’il y avait là plus de matière que n’en montraient les étoiles visibles. Les observations reprises aujourd’hui ont confirmé qu’il ne s’agissait pas d’une erreur des instruments d’époque, plus imprécis que les nôtres. Cette matière invisible a reçu le doux nom de "matière noire", mais il reste à expliquer ce que c’est et ce qu’elle fait là. Si l’on en tient compte à l’échelle de l’univers, tout fonctionne bien, les équations ronronnent, on retrouve le fond diffus cosmologique, ce rayonnement issu du Big Bang, et l’évolution des grandes structures comme les amas de galaxies. A plus petite échelle, celle d’une galaxie, autour de 100 000 années-lumière, les choses commencent à se gâter. Les calculs et l’observation ne coïncident plus ou, du moins, pas assez. Alors, matière noire ou pas ? Et sinon, qu’est-ce qui explique les anomalies de la rotation des étoiles autour du centre des galaxies ?

Auteur: Anonyme

Info: Dans "Les magiciens du nouveau siècle"

[ impasse scientifique ] [ rayonnement fossile ] [ masse manquante ]

astrophysique

Des astronomes font une découverte importante sur la matière noire 

Des astronomes ont récemment fait une découverte majeure en observant une collision spectaculaire entre deux amas de galaxies. Cela a permis de dévoiler la présence de la matière noire, une substance invisible qui constitue une grande partie de l’univers. Grâce à cette observation, nous avons un aperçu précieux sur la manière dont cette substance mystérieuse interagit avec la matière ordinaire afin de comprendre davantage son rôle dans la structure de notre cosmos.

Comprendre la matière noire

La matière noire est une forme de matière qui, contrairement à la matière normale, n’émet ni ne reflète de lumière. Cela la rend invisible pour nos instruments de détection traditionnels. Cependant, sa présence est connue grâce à son effet gravitationnel sur les objets visibles comme les étoiles et les galaxies. En effet, les scientifiques ont découvert que la matière noire exerce une force gravitationnelle suffisante pour influencer la manière dont les galaxies se forment et se comportent. Sans elle, les galaxies se disperseraient et ne formeraient pas les grandes structures que nous observons aujourd’hui.

Selon les estimations, nous savons également désormais que la matière noire constitue environ 85 % de la matière totale de l’Univers et 27 % de sa masse-énergie totale. Toutefois, la nature de cette mystérieuse forme de matière demeure insaisissable. Ainsi, toute observation est bonne à prendre pour tenter de la comprendre.

Une collision galactique spectaculaire

Des astronomes ont observé une collision entre deux amas de galaxies, appelés MACS J0018.5+1626. Ces amas sont situés à environ cinq milliards d’années-lumière de la Terre. Pour mettre cela en perspective, cela signifie que la lumière de ces amas a voyagé pendant cinq milliards d’années avant de nous atteindre.

Pour étudier cet événement, les scientifiques ont utilisé une variété de télescopes et d’observatoires. Parmi eux se trouvent les télescopes spatiaux Hubble et Chandra de la NASA, ainsi que d’autres instruments comme l’observatoire submillimétrique de Caltech, l’observatoire WM Keck et l’observatoire Planck. Ces outils ont fourni des données cruciales en capturant des images et en mesurant les émissions de lumière et de gaz.

Les données ont été collectées sur plusieurs années et ont nécessité une analyse complexe. Les astronomes ont examiné les changements dans la lumière provenant des étoiles et le comportement du gaz chaud pour déterminer comment la matière noire se déplace et interagit lors de telles collisions. Ils ont utilisé des phénomènes comme l’effet Sunyaev-Zel’dovich (SZ), qui mesure les décalages de la lumière cosmique causés par le gaz chaud en mouvement, pour évaluer la vitesse et la direction du mouvement des différents types de matière.

Un comportement surprenant

Les chercheurs ont observé que malgré la violence de la collision entre les amas de galaxies, les galaxies individuelles elles-mêmes sont restées relativement intactes. Ce phénomène peut être expliqué par l’immensité de l’espace entre les galaxies qui est suffisamment vaste pour qu’elles ne se percutent pas directement, même lors de telles collisions cosmiques. En revanche, les débris générés par la collision, tels que le gaz chaud et la matière normale, ont été fortement perturbés par l’impact. Le gaz, chauffé à des températures extrêmes, a été éjecté et dispersé, et les structures de matière normale ont été déformées par la force de la collision.

Ce qui rend cette observation particulièrement fascinante, c’est le comportement de la matière noire durant l’événement. Contrairement à la matière normale, la matière noire semble en effet avoir traversé les débris de la collision presque sans être affectée. Cette invisibilité en situation de collision est analogue à celle d’un fantôme traversant des objets physiques sans interagir avec eux. Ce phénomène est crucial, car il démontre que la matière noire n’interagit pas avec la matière normale de la même manière. Elle semble en effet ne pas subir les forces de friction et de pression qui affectent les particules classiques, ce qui lui permet de se déplacer indépendamment des perturbations causées par la collision.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude de cette substance. En comprenant mieux comment elle se comporte dans des situations extrêmes, les scientifiques espèrent en effet pouvoir dévoiler davantage de ses propriétés mystérieuses. Cette connaissance pourrait également nous aider à comprendre comment les grandes structures de l’Univers, comme les galaxies et les amas de galaxies, se sont formées et ont évolué.

Les chercheurs espèrent que cette collision cosmique unique offrira également des indices sur la nature de la matière noire elle-même. En analysant en détail comment elle se comporte différemment de la matière normale lors d’événements aussi violents, les scientifiques peuvent affiner leurs modèles et simulations de l’univers. Cela pourrait éventuellement conduire à la découverte de nouvelles particules ou forces qui permettraient de mieux expliquer cette matière invisible. À terme, cette avancée pourrait révolutionner notre compréhension de l’univers et répondre à certaines des questions les plus fondamentales de la cosmologie moderne. 

 

Auteur: Internet

Info: https://sciencepost.fr/, source : The Astrophysical Journal. Brice Louvet,  2 novembre 2024

[ masse manquante ] [ énergie sombre ] [ univers jumeau ]

astrophysique

La découverte d’un lien entre les trous noirs et la matière noire pourrait résoudre le " problème du parsec final "

 Les trous noirs sont considérés comme les objets astrophysiques les plus captivants. Plusieurs hypothèses ont été avancées concernant leur formation, notamment en ce qui concerne les trous noirs supermassifs (SMBH). Récemment, en adoptant une nouvelle approche, des chercheurs canadiens ont identifié un lien entre les trous noirs supermassifs et les particules de matière noire. Dans une nouvelle étude, ils suggèrent que la fusion de SMBH donnant lieu à un seul trou noir plus massif est influencée par le comportement des particules de matière noire. Cette découverte, selon eux, pourrait contribuer à résoudre le " problème du parsec final ".

Dans une étreinte gravitationnelle, les trous noirs supermassifs gravitent lentement les uns vers les autres. Selon les astronomes, leur rapprochement progressif devrait causer une émission d’ondulation dans la structure de l’espace-temps détectable depuis la Terre. C’est d’ailleurs ce que la communauté scientifique a avancé en 2023, lorsqu’un " bourdonnement " persistant d’ondes gravitationnelles raisonnant à travers l’Univers a été détecté. D’après les chercheurs, ce signal, aussi appelé " murmure de l’Univers ", pourrait être dû à la fusion de millions de trous noirs supermassifs, sur des milliards d’années.

Cependant, des simulations ont montré que lorsque des paires de SMBH se rapprochent dans un mouvement de spirale, leur approche s’arrête lorsqu’ils sont séparés d’environ un parsec (environ trois années-lumière), comme s’ils se répulsaient, empêchant ainsi la fusion. C’est ce résultat qui a donné son nom au " problème du parsec final ".

Récemment, une équipe de recherche de l’Université de Toronto et de l’Université McGill, dirigée par Gonzalo Alonso-Álvarez, semble avoir trouvé la solution dans le cadre d’une nouvelle étude publiée dans la revue Physical Review Letters. D’après eux, la clé réside dans l’inclusion de la matière noire, qui a longtemps été sous-estimée dans le cadre de ce processus. " Nous montrons que l’inclusion de l’effet de la matière noire, jusqu’alors négligé, peut aider les trous noirs supermassifs à surmonter ce parsec final de séparation et à fusionner. Nos calculs montrent comment cela peut se produire, contrairement à ce que l’on pensait jusqu’ici ", explique Alonso-Álvarez dans un communiqué de l’Université de Toronto.

Et si la matière noire n’était pas une substance passive et sans interaction ?

L’une des substances les plus mystérieuses de l’Univers est sans doute la matière noire (elle constituerait environ 85 % de la matière dans le cosmos). Bien qu’elle ne soit pas visible, elle témoigne de sa présence par le biais de ses effets gravitationnels sur la matière visible. Longtemps, les scientifiques ont pensé que cette matière était à la fois passive et sans interaction. Toutefois, ce n’est peut-être pas le cas. Alonso-Álvarez et son équipe suggèrent que si les particules de matière noire disposaient d’une propriété d’auto-interaction, cela génèrerait une impulsion supplémentaire pour " rassembler " les SMBH. Cette " matière noire auto-interactive " agirait par la suite comme une sorte de " colle " cosmique, permettant aux trous noirs de fusionner.

Mais la véritable question est de savoir, dans ce cas, comment cela est possible. Lorsque deux galaxies entrent en collision, leurs trous noirs centraux orbitent l’un autour de l’autre vers l’intérieur, en raison des interactions gravitationnelles avec les étoiles à proximité. Ils traversent ensuite un " pic " de concentration (très dense) de matière noire. Si cette matière noire n’interagit pas, ce pic est perturbé par le mouvement des trous noirs. En revanche, les particules de matière noire peuvent maintenir et stabiliser la structure du pic, à condition de " rebondir " les unes sur les autres.

" La possibilité que les particules de matière noire interagissent les unes avec les autres est une hypothèse que nous avons formulée, un ingrédient supplémentaire que tous les modèles de matière noire ne contiennent pas ", a déclaré Alonso-Alvarez. Il avance que leur argument réside sur le fait que " seuls les modèles contenant cet ingrédient peuvent résoudre le problème final du Parsec ".

Cette solution résout ainsi potentiellement le mystère cosmique détecté par le Pulsar Timing Array en 2023, ainsi que le problème du parsec final. D’après les chercheurs, même si la forme de ce signal d’ondes gravitationnelles ne correspond pas parfaitement à ce que l’on attend de modèles standard, leur modèle de matière noire en auto-interaction peut produire un spectre d’ondes gravitationnelles plus adapté à ces observations.

James Cline, co-auteur de l’étude, de l’Université McGill et du CERN, explique : " Une prédiction de notre proposition est que le spectre des ondes gravitationnelles observées par les réseaux de synchronisation de pulsars devrait être adouci aux basses fréquences. Les données actuelles suggèrent déjà ce comportement, et de nouvelles données pourraient le confirmer dans les prochaines années ".

L’étude d’Alonso-Alvarez et de ses collègues met en exergue le potentiel des ondes gravitationnelles dans le sondage de la nature de la matière noire. En revanche, des travaux supplémentaires devront être réalisés pour confirmer cette possibilité. " Notre travail est une nouvelle façon de nous aider à comprendre la nature particulaire de la matière noire ", a déclaré Alonso-Álvarez. " Nous avons découvert que l’évolution des orbites des trous noirs est très sensible à la microphysique de la matière noire, ce qui signifie que nous pouvons utiliser les observations de fusions de trous noirs supermassifs pour mieux comprendre ces particules ", conclut-il.



 

Auteur: Internet

Info: https://trustmyscience.com/, Kareen Fontaine & J. Paiano, 24 juillet 2024

[ masse manquante ]