matière noire
https://www.radiofrance.fr/franceculture/podcasts/la-science-cqfd/matiere-noire-une-detection-qui-pose-question-3381026
Weeklly : a eu tort quantitativement mais pas qualitativement
En 1933, l'astronome suisse Fritz Zwicky étudie un petit groupe de sept galaxies dans l'amas de la Chevelure de Bérénice. Son objectif est de calculer la masse totale de cet amas en étudiant la vitesse (ou plutôt la dispersion des vitesses) de ces sept galaxies.
Zwicky constate que les vitesses observées dans l'amas de Coma sont très élevées. La masse dynamique apparaît en effet 400 fois plus grande que la masse lumineuse
À l'époque, les méthodes et la précision des mesures ne sont pas assez bonnes pour exclure des erreurs de mesure. De plus, des objets massifs tels que les naines brunes, les naines blanches, les étoiles à neutrons et les trous noirs, tous des objets très peu rayonnants, sont inconnus ou mal connus, tout comme leur distribution. De même pour les étoiles naines rouges, la poussière interstellaire et le gaz moléculaire qui tous rayonnent surtout dans l'infrarouge, donc hors des bandes de fréquence qui peuvent traverser l'atmosphère.
La vitesse de rotation des étoiles autour du centre d'une galaxie est constante (B). On s'attendrait à ce qu'elle décroisse vers l'extérieur (A) s'il ny avait que la matière visible
halos sphérique de matières noire dont la denstité décroit en loi de puissance avec le rauyon de la galaxie
La matière ordinaire elle décroit en exponentielle donc plus rapidement
La matière noire est par essence impalpable. Elle n'émet aucune lumière et interagit très peu voire pas du tout avec son environnement. Une nouvelle pré-publication scientifique aurait détecté une fameuse particule de cette insaisissable matière.
Pour en parler, Alexandra Delbot s'entretient avec :
- Benoît Famaey, astrophysicien, directeur de recherche CNRS à l'observatoire astronomique de Strasbourg
- Francesca Calore, physicienne théoricienne, directrice de recherche CNRS (en physique théorique) au Laboratoire d'Annecy de Physique Théorique
Le mystère fondamental de la matière noire
La matière noire représente environ 80% du contenu de l'univers,
"La matière noire ne s'est signalée pour l'instant que via une seule voie, la voie gravitationnelle. En ce sens, elle est donc sous-déterminée, c'est-à-dire qu'on ne sait absolument pas ce que c'est. Par contre, elle est absolument indispensable pour expliquer le mouvement des étoiles du gaz au sein des galaxies et des amas de galaxies" - Benoît Famaey
"Ce que nous avons tous les jours devant nos yeux, c'est donc une toute petite portion de la matière, qui reste concentrée dans les étoiles, les planètes et le gaz. C'est vraiment à l'échelle cosmologique que la matière noire a un joué un rôle fondamental dans la création de notre univers tel qu'on le connaît" - Francesca Calore
Les pistes
Vers une révolution de la cosmologie observationnelle
L'avenir de la recherche dépend autant de l'amélioration des sensibilités expérimentales que des grandes missions spatiales et astronomiques en cours. Des projets d'envergure permettent d'affiner la cartographie gravitationnelle et la distribution des vitesses stellaires, ouvrant ainsi la voie à une meilleure compréhension de l'histoire et de la structure intime de notre univers.
"C'est exactement ce rôle croisé complémentaire de différentes expériences et de différentes voies de détection entre astrophysique, physique des particules et astronomie, qui nous permet d'avoir une vision complète sur l'espace de nos possibilités" - Francesca Calore
"SKAO,pour Square Kilometer Array Observatory, est un radiotélescope géant qui va nous permettre notamment de mesurer des courbes de rotation de galaxies jusqu'à un décalage vers le rouge de 1, c'est-à-dire en remontant de plusieurs milliards d'années dans l'histoire de l'univers. Cela va nous permettre d'avoir des nouvelles contraintes sur le comportement de la matière noire dans le passé" - Benoît Famaey
Cours François Combes sur les candidats
Le cahier des charges
3 types de matière noire : la température est lié à la vitesse des particules
La MN chaude ne permet pas la présence de petites structures, au contraire de la Matière noire froid où ces structures ne sont pas détruite pas le free streaming
La masse de Free streaming est inversement proportionnelle à la masse des particules considérées
HDM : aux petites échelles (droite de la courbe rouge), il n'y a rien
cuspide observée dans les amas mais pas dans le galaxies
Les deux cubes suivants montrant la répartition de la MN, se ressemblent, mais ce n'est pas la même échelle (300kpc contre 2Mpc), cela permet de dire qu'il y a indépendance d'échelle
avec CDM, nous (la Terre) devrions travers des nuages de MN de la taille du système solaire (mais de masse équivalente à la terre) tous les 1000 ans environ.
En CDM, les petites structures sont plus denses que les grosses et ne sont donc pas détruites par des forces de marée.
Observation des courbes de rotation permet d'évaluer la densite de MN à 1 Masse solaire par pc³ soit 10^-22 g/cm³
Si les particules de MN sont des fermions, ils doivent obéir à la statistique de Fermi-Dirac au de là d'une certaine densité
masse au moins supr à 0.1 keV car sinon il s'échapperaient
Une autre limite dite de Tremaine-Gunn donne > 2-3 keV
Pour les bosons, on a un peu le même résultat