Celle-ci serait un type de matière qui n’interagit que dans le cadre de l’interaction gravitationnelle. Elle n’interagirait pas par le biais de la force électromagnétique, par exemple, de sorte qu’il serait impossible de l’observer par le biais de la lumière, qui dépend de ces interactions électromagnétiques.
Elle n’est observée qu’indirectement. Les observations se limitent aux effets de la matière noire sur l’environnement qui l’entoure, comme les étoiles ou des galaxies. L’une des propriétés acceptées par la science sont en effet que les composants de la matière noire ne seraient pas collisionnels. C’est-à-dire qu’ils ne résultent pas de collisions avec la matière qui l’entoure. On parle de matière noire froide (MCD),
Un article a été publié par un chercheur espagnol qui soutient qu’il a observé un échange d’énergie par collisions après des observations d’amas de galaxies. Cet argument plaide en faveur d’un modèle appelé matière noire auto-interagissante (SIDM)
.https://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_noire_auto-interactive
La majeure partie de la matière de l’Univers se présente sous la forme de matière noire. Il s’agit d’un type de matière que nous ne pouvons pas observer par le biais du rayonnement électromagnétique, c’est-à-dire la lumière.
La matière que nous pouvons observer est appelée matière visible ou matière baryonique et se compose de tout ce que nous connaissons et voyons dans l’Univers.
On estime que 85 % de la matière de l’univers se présente sous la forme de matière noire, tandis que seulement 15 % se présente sous la forme de matière visible.
Le concept de matière noire a gagné en puissance après l’observation de la dynamique des étoiles dans les galaxies qui suivait une courbe de vitesse différente de celle attendue par la théorie. Cette découverte a été faite par l’astronome Vera Rubin. Pour expliquer les observations de Rubin, la matière noire a été proposée comme un halo de matière qui englobe la galaxie et interagit gravitationnellement avec les étoiles.
Au fil du temps, des observations plus indirectes des effets de la matière noire ont été faites dans les galaxies et les amas de galaxies. Les amas de galaxies peuvent contenir jusqu’à des milliers de galaxies en interaction gravitationnelle. En observant la dynamique de ces galaxies et en la comparant aux vitesses proposées dans la théorie, l’existence d’une composante de matière noire s’est avérée nécessaire.
Sur la base des observations de ces interactions, un modèle de matière noire s’est renforcé, appelé matière noire froide ou MCD. Selon ce modèle, il n’y a pas d’échange d’énergie entre les composants de la matière noire par le biais de collisions. L’une de ces observations porte l’amas dit de Bala, qui aurait récemment subi une interaction. Cependant, en analysant les données d’observation, les astronomes affirment qu’il n’y a pas eu de collision entre les halos de matière noire de chaque galaxie présente.
Le modèle SIDM
Bien que le modèle CDM soit actuellement le plus largement accepté parce qu’il explique de nombreuses observations, certains astronomes plaident en faveur du modèle de la matière noire auto-interagissant ou SIDM. Dans ce modèle, les composants de la matière noire seraient collisionnels et il y aurait entre eux un échange d’énergie autre que la simple interaction gravitationnelle.
Lors d’une interaction entre galaxies, le modèle SIDM présenterait des propriétés différentes de celles attendues par le modèle CDM. L’une d’entre elles serait que, lors du calcul du point de densité maximale de matière noire, il montrerait une séparation qui s’expliquerait par la collision des particules de chaque halo de matière noire.
L’une de ces interactions se produirait dans l’amas connu sous le nom d’El Gordo, qui est l’un des amas les plus massifs jamais découverts. L’amas compte environ 1 quadrillion de masses solaires. Il est considéré comme un laboratoire pour l’observation des interactions entre galaxies et celle de la manière dont la matière noire affecte la dynamique des galaxies lors d’une éventuelle collision.
Deux sous-amas au sein d’El Gordo attirent l’attention. On y constate que les images de rayons X montrent un pic et deux parties allongées. De plus, le pic de rayons X est différent du pic maximal estimé de matière noire, ce qui indique une possible composante collisionnelle.
Pour tester le modèle SIDM, on peut faire appel à des simulations numériques de N corps. Ce type de simulation prend en compte les interactions gravitationnelles et collisionnelles entre différents composants ayant une masse. Il s’agit également de simulations hydrodynamiques qui décrivent le comportement de la dynamique des gaz présents avec des propriétés telles que la densité, la pression et la température.
Les résultats de ces tests montrent que la matière noire semble avoir une caractéristique collisionnelle dans ces observations. Cela constituerait une preuve en faveur du modèle SIDM. S’ils sont confirmé, il s’agirait de l’une des plus grandes avancées de ces dernières décennies dans la compréhension de la matière noire.
Référence
Valdarnini 2024
[Submitted on 19 Sep 2023 (v1), last revised 9 Feb 2024 (this version, v3)]
R. Valdarnini
We use a large set N-body/hydrodynamical simulations to study the physical properties of the merging cluster El Gordo. We find that the observed X-ray structures, along with other data, can be matched fairly well by simulations with collision velocities 2,000 kms <= V <= 2,500 kms and impact parameters 600 kpc <= P <= 800 kpc. The mass of the primary is constrained to be between 10^{15} M_sun and ~ 1.6 10^{15} M_sun, in accordance with recent lensing-based mass measurements. Moreover, a returning, post-apocenter, scenario is not supported by our head-on simulations. We considered merger models that incorporate dark matter self-interactions. The simulation results show that the observed spatial offsets between the different mass components are well reproduced in self-interacting dark matter models with an elastic cross-section in the range \sigma_DM/m_X ~ 4 -5 cm^2/gr. In addition, the mean relative line-of-sight radial velocity between the two brightest cluster galaxies is found to be on the order of several hundred km/s. We argue that these findings provide an unambiguous signature of a dark matter behavior that exhibits collisional properties in a very energetic high-redshift cluster collision. The range of allowed values we find for sigma_DM/m_X is, however, inconsistent with present upper limits. To resolve this tension we suggest the possibility that the self-interacting dark matter model used here be considered as only a low order approximation, and that the underlying physical processes that describe the interaction of dark matter in major cluster mergers are more complex than can be adequately represented by the commonly assumed approach based on the scattering of dark matter particles.
| Comments: | 35 pages, 18 figures, 7 Tables, final version, accepted for publication in A&A |
| Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO) | |
| Cite as: | arXiv:2309.10374 [astro-ph.CO] |
| (or arXiv:2309.10374v3 [astro-ph.CO] for this version) | |
| https://doi.org/10.48550/arXiv.2309.10374 |
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