La MATIÈRE NOIRE

dimanche 20 mars 2016
par  Jacques

N°18- LA MATIÈRE NOIRE - Clé de L’Univers ?
F.Combes - Vuibert/Sciences et Plus - 16/10/15 - 182 pages - Lecteur motivé.

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RÉSUMÉ : Matière noire et énergie noire sont les constituants essentiels de l’univers (25+70=95%). L’ouvrage témoigne de l’historicité du problème et de l’état actuel de la recherche en astrophysique par une spécialiste reconnue. Particules exotiques ou révision des lois ? Interface entre deux modèles standard (cosmologie et particules).

MOTS CLÉ : historique, observations, structures, simulations, perspectives.

L’AUTEUR : Françoise COMBES, membre de l’Académie des Sciences (04), titulaire au Collège de France (Galaxies & cosmologie/14), astronome à l’Observatoire de Paris. Ex sous-directrice du laboratoire de physique (ENS/Ulm), ex présidente de la SAF. A dirigé le programme Galaxies (CNRS).

Seulement 5% du contenu baryonique de l’univers est identifié, et encore ! L’ouvrage fait le point sur ce drôle de bilan de l’astrophysique contemporaine où connaître c’est avant tout savoir ce qu’on ne sait pas. Après un rappel historique (chap.1-2) de cette matière noire (MN) qui se doit d’être pour que les amas de galaxies (F.Zwicky/37) et les galaxies (V.Rubin/70) trouvent leur dynamique de rotation. Fond diffus cosmologique (FDC/65), Rayons X (Uhuru/71) et arcs gravitationnels (Toulouse/Soucail/87) permettent les premières cartographies. Dans le modèle cosmologique standard les petites structures se forment en premier, les plus grandes plus tard par fusion Les amas pour z=1-2. (l’amas du Goulet comme référence observationnelle).

De part sa nature toujours inconnue où seule la gravitation conduit le bal, divers axes de recherche sont finement détaillés dans l’ouvrage où les compétences de l’auteur exigent la plus grande attention. Premier point (chap.3) : (MN) froide s’impose pour la formation de galaxies noires avant le découplage baryons/photons (380.000 ans ; FDC ; z=1000 ; T=3000K) et dont les fluctuations de densité émergent de l’inflation. Avec les simulations dans le cadre du modèle (MNF), de petits halos noirs, manquent à l’appel.

Et de creuser sur la dynamique des baryons, dont la loi de Tully-Fischer établit que la majorité se trouve hors galaxie. Ils constituent les gaz froids et chauds dont les simulations exigeraient un caractère multiphase et d’entrer en partie sous forme de filaments froids (chap.4).

Trois types de (MN) suivant leur caractère relativiste après découplage : Chaude (HDM), tiède (WDM) ou froide (CDM) (chap.5). Domaine des astroparticules, interface entre cosmologie et physique des particules. Les WIMPs font figure de meilleurs candidats. On espère beaucoup des détections directes (LHC/14TeV) et d’une extension du modèle standard (SuSY/MSSM). Sinon détections indirectes délicates à partir des rayons gamma résultant d’annihilations (HESS/Icecube/Fermi).

Les simulations numériques (chap.6) doivent tenir compte d’une physique baryonique complexe (chauffage/refroidissement) et de son influence sur les halos de (MN). Formation d’étoiles et processus de rétroaction associés (supernovæ) permettent d’ajuster prédictions et observations usant de codes lagrangiens ou sur grille.
Le modèle standard (CDM) reproduit correctement (chap.7) l’évolution de l’univers primordial et la formation des grandes structures (amas de galaxies). Il est moins performant à l’échelle galactique (halos satellites manquant ; profil radial des halos ; moment angulaire). Faut-il bricoler sur la physique baryonique ? Envisager d’autres alternatives à alimenter la pensée ?

La gravité modifiée (MOND/Milgrom/83) et sa version relativiste (Bekenstein/04) sont de ces alternatives (chap.8) qui apportent un meilleur accord avec les observations à l’échelle des galaxies. Des champs scalaires ou vectoriels apparaissent comme autant de paramètres libres qui permettent des bases de prédictions de phénomènes à partir de la seule matière visible.

Divers projets (chap.9) devraient ouvrir de nouvelles perspectives. Sur le thème des courbes de rotation des galaxies à grand redshift (z=5), avec l’interféromètre radio SKA centré sur la raie de l’hydrogène atomique. Les lentilles gravitationnelles fortes (Euclid) sur le thème de la distribution de (MN) froide ou tiède. Enfin l’observation de millions de galaxies (LSST), sur celui de cartographier et tomographier (MN) par le cisaillement cosmique (lentilles faibles).

Véritable défit pour la science contemporaine que cette quête sur ces 80% de cette matière qualifiée de noire pour ne pas interférer avec les photons et dont seuls les effets gravitationnels trahissent sa présence. Dans ce livre je décris quelques-unes des pistes explorées par les astrophysiciens non conventionnels qui aiment s’aventurer hors des sentiers battus. Il sera toujours temps pour les perdant de réinvestir plus judicieusement…
Quant aux autres c’est peut-être, avec l’énergie noire, une nouvelle physique qui pointe sur fonds diffus, cosmologique, gravitationnel ou neutronique. Une nouvelle fenêtre aussi, et gravitationnelle de surcroît depuis le 14/09/15 ! Peut-être pour demain à lever le voile sur cet essentiel, invisible pour nos yeux. La science exige que chaque jour soit un jaillissement d’imprévus !

Ouvrage de référence, certainement à ce jour.

Jacques CAZENOVE - 12/03/16

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