Pas 4%... seulement 2% !

[Dr Eric Simon]

Hello!

 

Pour décrire l'Univers, on a besoin de savoir ce qu'il contient et où se trouvent ses composantes. Mais pour l'instant, les astronomes sont encore loin d'avoir complété l'inventaire...

Ce n'est pas seulement le cas pour l'énergie noire et la matière noire, qui représentent ensemble 96% de l'Univers, mais aussi une partie des 4% de matière dite baryonique : et oui, plus de la moitié de ces 4% restant manquent à l'appel!

 

Par matière baryonique, on entend la matière ordinaire : atomes, ions, protons, neutrons, etc qui composent les étoiles, les planètes, la poussière, le gaz, ...

 

Illustration d'artiste du WHIM (NASA/Chandra)

 

Le terme "baryonique" vient du fait que ses constituants élémentaires : protons et neutrons sont des particules appelées des baryons.

Les cosmologistes ont calculé la densité de baryons dans l'Univers primordial à partir de mesures du fond diffus cosmologique. Même si l'univers a beaucoup évolué en 13,7 milliards d'années, sa quantité de baryons devrait toujours être là. Or il n'en est visiblement rien... Leur nombre chute mystérieusement, comme si ils s'évaporaient dans le temps. En analysant la lumière de quasars distants afin de quantifier le deutérium dans des nuages baryoniques anciens, les astrophysiciens arrivent à déduire que presque tous les baryons primordiaux étaient encore là il y a 10 milliards d'années. En revanche, lorsqu'ils étudient l'Univers récent en additionnant les masses des étoiles, du gaz, et de tout ce qu'ils peuvent observer, la quantité obtenue n'est que de la moitié.

 

Bien que les galaxies semblent être les objets les plus massifs de l'Univers, elles ne participent que de l'ordre de 10% de sa masse "baryonique". Un autre 10% provient de gaz chaud situé entre les galaxies, un autre 30% vient de nuages de gaz froid situé également dans les interstices intergalactique.

 

Les astrophysiciens pensent que les 50% manquant se trouvent entre les galaxies sous forme d'un plasma chaud et diffus, qui aurait une densité un million de fois plus faible que celle du gaz trouvé entre les étoiles.

Ils appellent cette matière le WHIM (Warm-Hot Intergalactic Medium).

 

La température de ce milieu est si élevée (entre 100000 K et 10 millions K) qu'il est très ionisé et ne peut absorber et émettre que dans les longueurs d'ondes de l’ultra violet lointain ou des rayons X mous. A cause de ces caractéristiques, la lumière qui passe à travers ce milieu ne produirait pas de lignes spectrales dont les astronomes raffolent pour leurs études sur le gaz interstellaire. La détection du WHIM est ainsi un vrai challenge.

Parmi les pistes utilisées pour traquer ce WHIM, une est d'utiliser des raies spectrales de Oxygène VI (ionisé 6 fois). Cette méthode a notamment été utilisée pour observer les environs de 42 galaxies proches avec le spectrographe du télescope spatial Hubble.

 

 

Simulation de la répartition du WHIM (en bleu) entre les galaxies (NCSA/University of Colorado

 

Jason Tumlinson et al., du Space Telescope Science Institute ont ainsi pu découvrir que cet environnement cirumgalactique contenait presque autant de matière baryonique que les étoiles contenues dans les galaxies. Cela fait avancer un peu le problème, mais ce dernier reste entier.

Une variante de ce mystère est alimentée par le déficit de baryons apparaissant au sein des halos de matière noire abritant les galaxies. Là aussi, les baryons manquent. Et le déficit est plus important dans les petites galaxies que dans les grands amas de galaxies. Certains astronomes pensent que cela pourrait être du au fait qu'elles n'auraient pas assez de force gravitationnelle pour retenir leur gaz lors d'événements violents (explosions de supernovae, ...) en expulsant dans l'espace intergalactique.

 

La prise en compte des baryons manquant à la fois à l'échelle cosmique et à l'échelle locale (galactique) devrait aider les astrophysiciens à mieux comprendre comment ont évolué galaxies et grandes structures.

 

Comme cette matière à faible densité est un réservoir de base pour la formation de nouvelles étoiles, et que son flux vers et hors des galaxies joue un rôle très important dans leur évolution, la recherche de ces baryons manquants est devenue une clé pour comprendre comment l'Univers est devenu ce qu'il est aujourd'hui.

 

 

Source :

science, vol 336 (1 June 2012)

Modifié 21 juin 2012 par Dr Eric Simon

[Nicolas.D]

Merci pour cet article, je me coucherais moins bête

[Smith]

Merci Eric pour cet article qui nous en dit plus sur ces fameux 50% dont on ne parle pas beaucoup (on parle plus de la dark matter ou de l'énergie sombre).

 

Une question : Je trouve paradoxale que cet WHIM soit si chaud (jusqu' 10 millions de K), mais si peu dense. Ce sont deux paramètres thermodynamiques qui me semblent évoluer à l'inverse dans mon esprit...Une explication ?

[Dr Eric Simon]

Merci Eric pour cet article qui nous en dit plus sur ces fameux 50% dont on ne parle pas beaucoup (on parle plus de la dark matter ou de l'énergie sombre).

 

Une question : Je trouve paradoxale que cet WHIM soit si chaud (jusqu' 10 millions de K), mais si peu dense. Ce sont deux paramètres thermodynamiques qui me semblent évoluer à l'inverse dans mon esprit...Une explication ?

 

Le plasma est un état de la matière assez différent de ce qu'on connait, rien à voir avec un gaz ou pression et température sont liés par des équations d'état.

 

La température d'un plasma est donnée par l'énergie cinétique des ions, qui est égale à E = kB.T, et donc T=E/kB

(kB : constante de Boltzmann = 1.38 E-23 J.K-1)

Une énergie de quelques eV suffit à faire une T de plusieurs dizaines de milliers de K.

Voir par exemple la page wiki sur la physique des plasmas :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_des_plasmas

[Smith]

Le plasma est un état de la matière assez différent de ce qu'on connait, rien à voir avec un gaz ou pression et température sont liés par des équations d'état.

 

La température d'un plasma est donnée par l'énergie cinétique des ions, qui est égale à E = kB.T, et donc T=E/kB

(kB : constante de Boltzmann = 1.38 E-23 J.K-1)

Une énergie de quelques eV suffit à faire une T de plusieurs dizaines de milliers de K.

Voir par exemple la page wiki sur la physique des plasmas :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_des_plasmas

Merci pour cette précision qui m'avait échappée.