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L'hypothèse de la matière noire est renforcée

L'article dont le résumé (abstract) est publié ci-dessous, paraît confirmer l'existence de la mystérieuse matière noire.

Celle-ci, formée de particules telles que les neutrinos inobservables jusqu'ici car électriquement neutres et donc non sensibles à la force électromagnétique, composerait l'essentiel de la masse de l'univers. La matière visible, depuis l'échelle galactique jusqu'à l'échelle sub-microscopique des particules élémentaires, n'en constituerait qu'environ 27 %.

Sur la matière noire, voir un document du CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire).

Les astrophysiciens auteurs de l'article sur arxiv dont le résumé est publié ci-dessous ont utilisé le télescope spatial Hubble pour étudier ce que l'on nomme l'effet de lentille gravitationnelle prédit par la théorie de la relativité générale. L'on désigne ainsi la déviation de la lumière produite par des objets stellaire extrêmement massifs. Elle peut ainsi faire découvrir la présence d'astres lointains normalement cachés derrière des astres plus importants se trouvant en premier plan.

Ils ont observé plusieurs galaxies situées à environ deux milliards d'années-lumière de la Voie Lactée. La technique utilisée pour interpréter les résultats de ces observations est trop complexe pour pouvoir être résumée ici. Les connaisseurs se reporteront à l'article d'arxiv. Disons seulement qu'il en a résulté une confirmation supplémentaire du modèle de la matière noire. De plus, leur travail leur permet de trancher entre les deux types de matière noire généralement proposés, une matière noire froide (cold dark matter) et une matière noire tiède (warm dark matter).


Rappelons que deux grandes catégories d'hypothèses s'opposent aujourd'hui quant à la nature de cette matière noire. Les unes privilégient l'existence d'une matière noire froide, les autres celles d'une matière noire tiède. Ce qui les distingue serait la masse et par conséquent la vitesse gravitationnelle des particules composant la matière noire. Dans le cas de la matière noire  tiède, les particules ont des vitesses proches de celle de la lumière, tandis que celles composant une matière noire froide  seraient plus massives et donc plus lentes.

La vitesse de déplacement de ces particules intervient dans l'ordre de formation des grandes structures de l'Univers. Si l'Univers était dominé par de la matière noire tiède, la très grande vitesse des particules la constituant empêcherait dans un premier temps la formation de structures plus petites que des superamas de galaxies. Celles-ci se fragmenteraient en amas de galaxies, puis en galaxies, puis en étoiles.  Il s'agit du scénario dit « du haut vers le bas », puisque les plus grosses structures se forment d'abord, pour ensuite se diviser.

En revanche, si la matière noire froide dominait l'Univers, les particules moins rapides la composant parcoureraient une distance plus petite. Elles formeraient d'abord des galaxies à partir des nuages de gaz constituant l'univers primordial. Les galaxies se regrouperaient ensuite en amas, puis en superamas. Il s'agirait du scénario dit du bas vers le haut.

En bonne logique, si l'on peut parler de logique en ce domaine, il parait normal qu'après l'apparition de l'univers, les structures les plus simples se soient constituées les premières, avant de s'agglomérer en strctures plus complexes. 

Pour plus de détails, voir https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-matiere-noire-hubble-apporte-nouveaux-elements-faveur-son-existence-10206/

Voir aussi sur la température de la matière noire
http://www.spacedaily.com/reports/Taking_the_temperature_of_dark_matter_999.html

Référence

Warm dark matter chills out: constraints on the halo mass function and the free-streaming length of dark matter with 8 quadruple-image strong gravitational lenses 11 Nov 2019 

 https://arxiv.org/pdf/1908.06983.pdf 

 The free-streaming length of dark matter depends on fundamental dark matter physics, and determines the abundance and concentration of dark matter halos on sub-galactic scales. Using the image positions and flux ratios from eight quadruply-imaged quasars, we constrain the free-streaming length of dark matter and the amplitude of the subhalo mass function (SHMF). We model both main deflector subhalos and halos along the line of sight, and account for warm dark matter (WDM) free-streaming effects on the mass function and mass-concentration relation. By calibrating the scaling of the SHMF with host halo mass and redshift using a suite of simulated halos, we infer a global normalization for the SHMF. We account for finite-size background sources, and marginalize over the mass profile of the main deflector. Parameterizing dark matter free-streaming through the half-mode mass mhm, we constrain the thermal relic particle mass mDM corresponding to mhm. At 95% CI: mhm<107.8M⊙ (mDM>5.2 keV). We disfavor mDM=4.0keV and mDM=3.0keV with likelihood ratios of 7:1 and 30:1, respectively, relative to the peak of the posterior distribution. Assuming cold dark matter, we constrain the projected mass in substructure between 106−109M⊙ near lensed images. At 68% CI, we infer 2.0−6.1×107M⊙kpc−2, corresponding to mean projected mass fraction f¯sub=0.035+0.021−0.017. At 95% CI, we obtain a lower bound on the projected mass of 0.6×107M⊙kpc−2, corresponding to f¯sub>0.005. These results agree with the predictions of cold dark matter.
14/01/2020
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