Dear Olivier Hartmanshenn,
“Here is your customized Science X Newsletter for week
44”
Puisque PHYS ORH/SCIENCE X m a adressé sa sélection hebdomadaire faisons semblant d’interrompre un moment nos discussions sur la matière noire pour
choisir les traductions à vous
proposer ( et sui d y
rapportent !)!
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J’ai retenu deux
sujets d’astronomie
1 : Solved: the mystery of how dark matter in galaxies is
distributed
By Instituto de Astrofísica de Canarias
2 : How many habitable planets are out there?
by SETI
Institute
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1 :Résolu:
le mystère de la répartition de la matière noire dans les galaxies
par
Instituto de Astrofísica de Canarias
PHOTO /Matières
noires dans deux galaxies simulée sur un ordinateur. La seule différence entre
elles est la nature de la matière noire.
Sans collisions supposées à gauche et avec collisions à droite. Ce travail
suggère que la matière noire dans les vraies galaxies ressemble plus à l'image
de droite, moins grumeleuse et plus diffuse que celle de gauche. Le cercle
marque la limite de la galaxie. Crédit: Image tirée de l'article Brinckmann et
al. 2018, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, 474, 746.
La force
gravitationnelle dans l'Univers dans laquelle elle a évolué d'un état presque
uniforme après le Big Bang jusqu'à maintenant, alors que la matière s’est concentrée en galaxies,
étoiles et planètes, est essentiellement fournie par ce qu'on appelle
la «matière noire». Mais en dépit de ce
rôle essentiel que joue ce matériau supplémentaire, nous ne savons presque rien
de sa nature, de son comportement et de sa composition…… Ce qui reste l'un des problèmes fondamentaux de la physique
actuelle . Dans un article récent de Astronomy & Astrophysics Letters, des
scientifiques de l'Instituto de Astrofísica de Canarias ( IAC) / Université de
La Laguna (ULL) et de l'Université nationale du nord-ouest de la province de
Buenos Aires (Junín, Argentine) ont montré que c’est la matière noire des galaxies qui suivrait une distribution d'`` entropie maximale '',
qui éclairerait sur sa nature.
La matière
noire représente 85% de la matière de l'Univers, mais son existence n'apparaît
qu'à des échelles astronomiques. C'est-à-dire qu'en raison de sa faible
interaction, l'effet de sa présence net
ne peut être remarqué que lorsqu'il apparait énormément……. Comme la matière noire ne se refroidit que difficilement, les
structures spécifiques qu'’elle forme
sont généralement beaucoup plus étendues que les planètes et les étoiles. Comme la
présence de matière noire n'apparaît qu'à grande échelle, la découverte de sa
nature doit probablement être faite par des études astrophysiques.
Dire que la
distribution de la matière noire est
organisée en
fonction de l'entropie maximale (ce qui
équivaut au
«désordre maximal» ou à «l'équilibre thermodynamique») signifie qu'elle se
trouve dans son état le plus probable. Pour atteindre ce «désordre maximal», la
matière noire devrait avoir donc été
entreée en collision avec elle-même, tout comme le font les molécules de gaz,
afin d'atteindre l'équilibre dans lequel sa densité, sa pression et sa
température sont liées. Cependant, nous ne savons pas comment la matière noire
a atteint ce type d'équilibre.
"Contrairement
aux molécules dans l'air, par exemple, c’est
parce que l'action gravitationnelle est plus faible que les
particules de matière noire ne devraient guère entrer en collision les unes
avec les autres….. de sorte que le mécanisme par lequel elles atteignent
l'équilibre reste un mystère", déclare Jorge Sánchez Almeida, chercheur à
l'IAC qui est le premier auteur de l'article. "Cependant, si elle se heurte , cela lui donnerait une nature très particulière, ce qui
résoudrait en partie le mystère de son origine", ajoute-t-il.
Cet état d’entropie
maximale de la matière noire a été détectée dans les galaxies naines, qui ont
un rapport matière noire / matière totale plus élevé que les galaxies plus
massives, il est donc plus facile d'en voir l'effet. Cependant, les chercheurs
s'attendent à ce que ce soit un comportement général dans tous les types de
galaxies.
L'étude
implique que la distribution de la matière en équilibre thermodynamique a une
densité centrale beaucoup plus faible que celle que les astronomes ont supposée pour de
nombreuses autres applications pr, comme
dans l'interprétation correcte des lentilles gravitationnelles, ou lors de la
conception d'expériences pour détecter la matière noire par son
auto-annihilation.
Sa densité
centrale est fondamentale pour l'interprétation correcte de la courbure de la
lumière par les lentilles gravitationnelles: si elle est moins dense, l'effet
de la lentille est moindre. Mais pour utiliser une lentille gravitationnelle
pour mesurer la masse d'une galaxie, il faut un modèle, si ce modèle est
changé, la mesure change.
La densité
centrale est également très importante pour les expériences qui tentent de
détecter la matière noire en utilisant son auto-annihilation. Deux particules
de matière noire pourraient interagir et disparaître dans un processus
hautement improbable, mais qui serait caractéristique de leur nature. Pour que
deux particules interagissent ainsi, elles doivent entrer en collision. La
probabilité de cette collision dépend de la densité de la matière noire; plus
la concentration de matière noire est élevée, plus la probabilité que les
particules entrent en collision est élevée.
"Pour
cette raison, si la densité change ainsi le taux de production attendu des
auto-annihilations, et étant donné que les expériences sont conçues sur la
prédiction d'un taux donné, si ce taux était très faible, l'expérience est peu
susceptible de donner un résultat positif », déclare Sánchez Almeida.
Enfin, cet équilibre
thermodynamique de la matière noire pourrait également expliquer le profil de
luminosité des galaxies. Cette luminosité décroît avec l'éloignement du centre d'une
galaxie d'une manière spécifique, dont l'origine physique est inconnue, mais
pour laquelle les chercheurs travaillent à montrer qu'elle est le résultat d'un
équilibre à entropie maximale.
Simulation
contre observation
La densité
de la matière noire au centre des galaxies est un mystère depuis des décennies.
Il existe un fort décalage entre les prédictions des simulations (une densité
élevée) et ce qui est observé (une valeur faible). Les astronomes ont mis en
avant de nombreux types de mécanismes pour résoudre ce désaccord majeur.
Dans cet
article, les chercheurs ont montré, en utilisant des principes physiques de
base, que les observations peuvent être reproduites en supposant que la matière
noire est en équilibre, c'est-à-dire qu'elle a une entropie maximale. Les
conséquences de ce résultat pourraient être très importantes car elles
indiquent que la matière noire a échangé son énergie avec elle-même et / ou avec la
matière «normale» (baryonique) restante. "Le fait que l'équilibre ait été atteint en si peu de
temps, par rapport à l'âge de l'Univers, pourrait être le résultat en plus de
la gravité d'un type d'interaction entre la matière noire et la matière normale
", suggère Ignacio Trujillo, chercheur à l'IAC et co-auteur de cet
article. "La nature exacte de ce mécanisme doit être explorée, mais les
conséquences pourraient être fascinantes pour comprendre exactement ce qu'est
cette composante qui domine dans la
quantité totale de matière dans l'Univers."
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Explore further
Physicists explain mysterious dark matter deficiency
in galaxy pair
More information: Jorge Sánchez Almeida et al, The
principle of maximum entropy explains the cores observed in the mass
distribution of dwarf galaxies, Astronomy & Astrophysics (2020). DOI:
10.1051/0004-6361/202039190
Journal information: Monthly Notices of the Royal
Astronomical Society
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Mes
commentaires :l
L’idée d’utiliser le concept
thermodynamique d’entropie maximale
est intéressante dans la mesure ou la preuve de l’existence de la matière noire est le SEUL constat de la masse manquante nécessaire pour expliquer les vitesses externes des bords de galaxies ou les
lentilles gravitationnelles ….. Laissons donc de côté les purs
mathématiciens qui nient sa présence
et se re -fabriquent des équations de gravitations modifiée type
MOND/MOG……..Mais il peut paraitre alors paradoxal
qu’une masse (noire) diluée , électriquement
neutre et insensible aux 3 types d’interactions connues
( donc quasi invisible) puise
échanger de l’énergie avec sa « sœur » la plus voisine autrement que par une collision aléatoire ….Mais
sans conséquences visibles …..Toutefois ce choc peut rester isentropique
s il n y a ni brisure de l’une ou l’autre des masses , et
si la variation d’ énergie cinétique globale
reste nulle …..Il s’ensuit qu’ un taux
de collisions très faible de ce » nuage » de ces
« matières noires » ne peut
se traduire que par augmentation de sa dilution spatiale , donc sa diminution
de densité globale , jusqu’ l’atteinte lente d’un
désordre local métastable …..
La
discussion n’est pas close
