Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
< Pages précédentes
Pages : 76 - 77  |  Aller à la page   OK
Pages suivantes >
76 77
76 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers Les arcs lumineux autour de l’amas de galaxie Abell 2218 sont des images déformées de galaxies situées derrière l’amas photographié. Le champ gravitationnel de l’amas agit comme une lentille déformant les objets en arrière-plan. Cartographie de la matière noire selon la distance dans trois tranches d'Univers correspondant à un âge de 7 (z = 0,7), 9 (z = 0,5) et 10 (z = 0,3) milliards d'années, et montrant la concentration progressive de matière noire au cours de l'évolution cosmique. z désigne le redshift, ou décalage vers le rouge. Plus z est grand, plus la distance spatio-temporelle de l'objet est grande. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 prévaut actuellement. Après 380 000 ans d'expansion, l'Univers s'est suffisamment refroidi pour que les électrons et les protons s'assemblent pour former des atomes d'hydrogène neutre. Toutes les conditions se trouvaient ainsi réunies pour que la lumière se propage librement sans trop interagir avec la matière. Cette lumière fossile a véhiculé, jusqu’à nos jours, des informations précieuses sur les conditions régnant alors dans l’Univers. Or, dans cette image à 2,7 K, d’infimes inhomogénéités, de température apparaissent, traduisant l’existence d’autres inhomogénéités, notamment de densité de matière. Pour les astrophysiciens, il s’agit de galaxies et d’amas de galaxie en germes. Dans le Modèle standard de la cosmologie, l’étude statistique de ces inhomogénéités a permis d’estimer la densité de matière et d’énergie présente dans l’Univers avec une surprise à la clef : non seulement la densité de matière dépasse d’un facteur dix la densité de matière lumineuse (étoiles, gaz …) mais la densité totale d’énergie dans l’Univers surpasse aussi celle de la matière (voir Astrophysique et observation de l'énergie noire, p.81). Ceci induit la présence d’une composante d’énergie non détectée jusqu’alors. z = 0,3 z = 0,5 z = 0,7 R.Massey/NASA Néanmoins, cette étude recèle encore des incertitudes. Aussi a-t-il fallu tester la validité des résultats annoncés par des études indépendantes. Des mesures récentes, portant sur la distribution spatiale des galaxies semblent privilégier une séparation inter-galaxies de 150 millions de parsecs, corres pondant à une prédiction des modèles de matière noire froide (voir Théorie de la matière noire, p.77). L’explication vient du fait que de petites fluctuations opérant dans l’Univers primordial – contenant à la fois des photons, des électrons et de la matière noire – évoluent à la manière d’une onde sphérique sous l’effet de la pression des photons et cela, jusqu’à la formation des premiers atomes d’hydrogène. Les photons s’échappent alors du mélange et l’onde demeure figée à la distance qu’elle a parcourue pendant 380 000 ans (l’âge de l’Univers lors du gel de l’onde). Aujourd’hui, cela correspond à une taille de 150 millions de parsecs. Les galaxies se construisent dans les régions plus denses, de sorte qu’elles se retrouvent essentiellement à la position de la fluctuation initiale ou du bourrelet de matière distant de 150 millions de parsecs. La mesure de cette distance confirme la densité de matière dans l’Univers, corroborant les résultats apportés par les études sur le rayonnement à 2,7 K, ainsi que l’existence d’une grande quantité de matière noire à l’échelle de l’Univers. > Nathalie Palanque-Delabrouille Service de physique des particules Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) CEA Centre de Saclay (Gif-sur-Yvette) > Roland Lehoucq Service d’astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) NASA
Théorie de la matière noire Même si l’existence de la matière noire fut envisagée dès 1930 et donc il y a déjà 80 ans, même si les astrophysiciens ne doutent plus de son existence, même si elle s’avère cinq fois plus abondante dans l’Univers que la matière ordinaire… sa vraie nature demeure une énigme dont la résolution suscite nombre d’études aussi bien théoriques qu’expérimentales, chacune avec une proposition à la clef. En l’état des connaissances, il s’agirait d’une matière invisible, remplissant les galaxies, courbant les rayons lumineux à leur passage à travers les amas galactiques et jouant un rôle crucial dans la formation de grandes structures de l’Univers dont elle assurerait la cohésion. De quoi s’agit-il ? C inquante années d’études en cosmologie et en physique des particules ont amené les chercheurs à proposer des dizaines de particules « exotiques » portant des noms aussi curieux que « neutralinos » ou « particules de Kaluza-Klein ». Ces particules tirent leur origine dans des constructions théoriques comme la supersymétrie ou les dimensions supplémentaires, voire de propositions plus exotiques encore. Reparcourons les étapes ayant permis aux scientifiques de se convaincre de l’existence de la matière noire et aux théoriciens d'exercer leur imagination pour chercher la bonne solution de l'énigme. Et si la matière noire n’existait pas ? Les observations montrent que les étoiles périphériques de certaines galaxies spirales en rotation rapide subissent une attraction gravitationnelle beaucoup plus forte que celle qui s’obtiendrait en appliquant la loi de Newton à la matière visible dans les régions centrales de ces galaxies. Une question surgit alors : et si, au lieu de postuler l’existence de la matière invisible, on modifiait plutôt cette loi de manière à rendre l'accélération gravitationnelle plus forte à une grande distance du centre galactique ? Avancée, dans les années 1980, par Mordehai Milgrom (1) avec sa théorie MOND (Modified Newtonian Dynamics), cette proposition, aussi pragmatique soit-elle, soulève néanmoins un certain nombre de difficultés, notamment à l'échelle des amas de galaxies, et plus généralement encore à l'échelle cosmologique. Ces difficultés viennent du fait que le spectre du CMB (Cosmic Microwave Background), dit aussi fond diffus cosmologique, ainsi que la formation gravitationnelle des grandes structures, indiquent que l'Univers requiert vraiment plus de matière que celle observée. En conséquence, la communauté scientifique considère aujourd’hui comme improbable que MOND puisse résoudre le problème de la matière noire. Et si la matière noire n’était que de la matière ordinaire « déguisée » ? La nécessité d'invoquer la présence d'une masse invisible amène les chercheurs à s’orienter, en premier, vers les constituants connus, mais élusifs, de la matière ordinaire : des trous noirs, du gaz interstellaire raréfié constitué de protons ou encore un grand nombre de neutrinos, reliques du Big bang. (1) Mordehai Milgrom, physicien et professeur israélien de l'Institut Weizmann. NASA/Goddard Space Flight Center/General Dynamics Encore une fois, les observations cosmologiques excluent ces possibilités. S’il existait beaucoup de trous noirs dans les galaxies, on en verrait leurs effets sous la forme de lentilles gravitationnelles, quand ils passent devant les sources lumineuses. S’il y avait beaucoup de protons en forme de gaz, ils émettraient un grand nombre de rayons X et formeraient plus d’hélium qu’on en observe. Enfin, la contrainte que l’on a sur la masse des neutrinos (inférieure à quelques électronvolts) montre qu’ils sont trop légers pour accomplir le rôle de la masse manquante. De plus, de par leur masse si faible, les neutrinos se déplacent à grande vitesse dans l’Univers, ce qui les empêche d’engendrer de grandes structures comme les galaxies qui ne peuvent se former qu’à partir de matière lourde capable de « condenser » gravitationnellement dans des puits de potentiel. Il faut donc bien une particule nouvelle : quelles en sont les propriétés générales ? Heureusement, bien qu'encore inconnue, cette particule nous livre des indices quant à ses propriétés. Premièrement, la matière noire doit avoir des interactions faibles ou très faibles, voir même nulles, avec le reste de la matière : elle est donc très difficile à détecter. En particulier, elle ne possède Vue d’artiste du satellite Fermi, en orbite depuis juin 2008, cherchant notamment à détecter les rayons gamma de haute énergie (des centaines de gigaélectronvolts) provenant de l’annihilation de la matière noire. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 77



Autres parutions de ce magazine  voir tous les numéros


Liens vers cette page
Couverture seule :


Couverture avec texte parution au-dessus :


Couverture avec texte parution en dessous :


Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 1Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 2-3Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 4-5Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 6-7Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 8-9Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 10-11Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 12-13Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 14-15Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 16-17Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 18-19Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 20-21Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 22-23Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 24-25Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 26-27Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 28-29Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 30-31Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 32-33Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 34-35Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 36-37Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 38-39Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 40-41Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 42-43Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 44-45Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 46-47Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 48-49Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 50-51Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 52-53Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 54-55Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 56-57Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 58-59Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 60-61Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 62-63Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 64-65Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 66-67Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 68-69Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 70-71Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 72-73Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 74-75Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 76-77Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 78-79Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 80-81Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 82-83Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 84-85Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 86-87Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 88-89Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 90-91Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 92-93Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 94-95Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 96-97Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 98-99Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 100-101Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 102-103Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 104-105Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 106-107Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 108-109Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 110-111Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 112-113Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 114-115Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 116-117Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 118-119Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 120-121Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 122-123Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 124-125Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 126-127Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 128-129Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 130-131Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 132-133Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 134-135Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 136-137Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 138-139Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 140-141Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 142-143Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 144-145Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 146-147Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 148-149Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 150-151Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 152-153Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 154-155Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 156-157Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 158-159Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 160-161Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 162-163Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 164-165Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 166-167Clefs numéro 58 Automne 2009 Page 168