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samedi 5 octobre 2013
Why STEM Matters
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mercredi 9 mai 2012
Matière noire : difficile d'y voir clair.
Plusieurs expériences ont observé des signaux qui pourraient être ceux de la matière noire, d’autres n'ont rien vu là où on devrait en trouver. Le suspens reste entier.Sean Bailly,
journaliste à Pour la Science.
Si la matière noire est présente dans les galaxies spirales (ici, M81), quelle est la forme du halo ?
Depuis 1933 et les premières hypothèses de l’astronome suisse Fritz Zwicky, la matière noire tient en échec les cosmologistes et les astrophysiciens. De nombreuses observations s'expliquent si on suppose qu'il existe une substance cinq fois plus abondante que la matière ordinaire, qui interagit peu avec celle-ci et qui ne se manifeste presque que par le biais de la gravité : la matière noire. Elle permet par exemple d’expliquer le mouvement des étoiles dans une galaxie spirale, celui des galaxies dans des amas de galaxies, ou encore certaines caractéristiques des inhomogénéités du fond diffus cosmologique. Cependant, la nature de la matière noire est toujours inconnue. Et les résultats de plusieurs études récentes confirment que la matière noire sait entretenir le suspens sur son existence et ses propriétés !
La première concerne la détection de la matière noire via les rayons gamma. Les particules de matière noire peuvent s'annihiler deux à deux en émettant des photons dans la longueur d'onde des rayons gamma. Ce phénomène est d'autant plus probable que la densité de matière noire est élevée. Le satellite gamma Fermi traque ce signal dans les régions supposées riches en matière noire, tel le centre de la Galaxie. Christoph Weniger, de l’Institut Max Planck de Munich, a observé dans les données de Fermi un excès de photons avec une énergie de 130 gigaélectronvolts. Ce signal pourrait correspondre à celui de la matière noire. Si ce résultat se confirme, ce serait une preuve indirecte supplémentaire en faveur de la matière noire.
Christian Moni Bidin et ses collègues de l’Université Conception, au Chili, ont suivi la piste des effets gravitationnels. Ils ont étudié le mouvement de 400 étoiles géantes rouges situées dans un rayon de 13 000 années-lumière autour du Soleil en utilisant un télescope de 2,2 mètres de diamètre de l’Observatoire austral européen de la Silla. Ils ont montré que la gravité exercée par la matière ordinaire suffit pour expliquer le mouvement de ces étoiles. En d'autres termes, aucune matière cachée n'est nécessaire. Les environs du Soleil seraient ainsi dépourvus de matière noire.
Pour autant, ce résultat ne remet pas en cause l’existence de la matière noire à l'échelle galactique. Selon Ch. Moni Bidin et ses collègues, cela suggère plutôt que la distribution de matière noire dans la galaxie n’est pas sphérique, comme on le suppose généralement, mais serait aplatie dans le plan du disque galactique, et que le Soleil serait situé en dehors de cette zone. Une telle distribution de la matière noire serait néanmoins surprenante, car elle n'est pas observée dans les simulations numériques de formation des galaxies.
Le résultat de Ch. Moni Bidin, s’il se confirme, est par ailleurs une mauvaise nouvelle pour les tentatives de détection directe de la matière noire. Le principe des diverses expériences en cours revient en fin de compte à observer l’interaction d’une particule de matière noire avec un atome du détecteur. Comme la matière noire interagit très faiblement avec la matière, ces événements sont rares. Si le Système solaire est dans une région pauvre en matière noire, la probabilité d'observer un signal diminue de façon drastique.
Les expériences de détection directe pourraient néanmoins porter leurs fruits. Juan Collar et ses collègues de l’expérience CoGeNT viennent d’annoncer qu’ils ont observé un signal périodique annuel similaire à celui de l’expérience italienne DAMA. Ce signal peut s’interpréter ainsi : si le Soleil est en mouvement relativement à la matière noire galactique, alors durant sa révolution autour du Soleil, la Terre va pendant six mois contre « le vent » de matière noire, si bien que le nombre de particules qui croisent les détecteurs est plus important. À l'inverse, pendant six mois, la Terre va ensuite dans le sens du vent de matière noire, et le nombre de collisions diminue. Mais si DAMA et CoGeNT ont vu un signal périodique, d’autre expériences, tel CDMS ne l'ont pas observé.
Difficile de savoir si l’étau se resserre autour de la matière noire. Ces résultats posent encore des questions sur la matière noire et en particulier sur sa distribution dans le voisinage de la Terre, sa masse, des données cruciales pour les expériences de détection directe. Mais la solution viendra peut-être de l'observation de la matière noire dans le LHC, le grand collisionneur de hadrons du CERN. Suspens… et patience.
http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-matiere-noirea-difficile-d-y-voir-clair-29762.php
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| NASA, ESA, et l'équipe Hubble Heritage (STScI/AURA) |
Depuis 1933 et les premières hypothèses de l’astronome suisse Fritz Zwicky, la matière noire tient en échec les cosmologistes et les astrophysiciens. De nombreuses observations s'expliquent si on suppose qu'il existe une substance cinq fois plus abondante que la matière ordinaire, qui interagit peu avec celle-ci et qui ne se manifeste presque que par le biais de la gravité : la matière noire. Elle permet par exemple d’expliquer le mouvement des étoiles dans une galaxie spirale, celui des galaxies dans des amas de galaxies, ou encore certaines caractéristiques des inhomogénéités du fond diffus cosmologique. Cependant, la nature de la matière noire est toujours inconnue. Et les résultats de plusieurs études récentes confirment que la matière noire sait entretenir le suspens sur son existence et ses propriétés !
La première concerne la détection de la matière noire via les rayons gamma. Les particules de matière noire peuvent s'annihiler deux à deux en émettant des photons dans la longueur d'onde des rayons gamma. Ce phénomène est d'autant plus probable que la densité de matière noire est élevée. Le satellite gamma Fermi traque ce signal dans les régions supposées riches en matière noire, tel le centre de la Galaxie. Christoph Weniger, de l’Institut Max Planck de Munich, a observé dans les données de Fermi un excès de photons avec une énergie de 130 gigaélectronvolts. Ce signal pourrait correspondre à celui de la matière noire. Si ce résultat se confirme, ce serait une preuve indirecte supplémentaire en faveur de la matière noire.
Christian Moni Bidin et ses collègues de l’Université Conception, au Chili, ont suivi la piste des effets gravitationnels. Ils ont étudié le mouvement de 400 étoiles géantes rouges situées dans un rayon de 13 000 années-lumière autour du Soleil en utilisant un télescope de 2,2 mètres de diamètre de l’Observatoire austral européen de la Silla. Ils ont montré que la gravité exercée par la matière ordinaire suffit pour expliquer le mouvement de ces étoiles. En d'autres termes, aucune matière cachée n'est nécessaire. Les environs du Soleil seraient ainsi dépourvus de matière noire.
Pour autant, ce résultat ne remet pas en cause l’existence de la matière noire à l'échelle galactique. Selon Ch. Moni Bidin et ses collègues, cela suggère plutôt que la distribution de matière noire dans la galaxie n’est pas sphérique, comme on le suppose généralement, mais serait aplatie dans le plan du disque galactique, et que le Soleil serait situé en dehors de cette zone. Une telle distribution de la matière noire serait néanmoins surprenante, car elle n'est pas observée dans les simulations numériques de formation des galaxies.
Le résultat de Ch. Moni Bidin, s’il se confirme, est par ailleurs une mauvaise nouvelle pour les tentatives de détection directe de la matière noire. Le principe des diverses expériences en cours revient en fin de compte à observer l’interaction d’une particule de matière noire avec un atome du détecteur. Comme la matière noire interagit très faiblement avec la matière, ces événements sont rares. Si le Système solaire est dans une région pauvre en matière noire, la probabilité d'observer un signal diminue de façon drastique.
Les expériences de détection directe pourraient néanmoins porter leurs fruits. Juan Collar et ses collègues de l’expérience CoGeNT viennent d’annoncer qu’ils ont observé un signal périodique annuel similaire à celui de l’expérience italienne DAMA. Ce signal peut s’interpréter ainsi : si le Soleil est en mouvement relativement à la matière noire galactique, alors durant sa révolution autour du Soleil, la Terre va pendant six mois contre « le vent » de matière noire, si bien que le nombre de particules qui croisent les détecteurs est plus important. À l'inverse, pendant six mois, la Terre va ensuite dans le sens du vent de matière noire, et le nombre de collisions diminue. Mais si DAMA et CoGeNT ont vu un signal périodique, d’autre expériences, tel CDMS ne l'ont pas observé.
Difficile de savoir si l’étau se resserre autour de la matière noire. Ces résultats posent encore des questions sur la matière noire et en particulier sur sa distribution dans le voisinage de la Terre, sa masse, des données cruciales pour les expériences de détection directe. Mais la solution viendra peut-être de l'observation de la matière noire dans le LHC, le grand collisionneur de hadrons du CERN. Suspens… et patience.
http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-matiere-noirea-difficile-d-y-voir-clair-29762.php
mardi 3 avril 2012
Finding Out What Dark Matter Is – And Isn’t
Astronomers using NASA’s Fermi Gamma-Ray Space Telescope have been looking for evidence of suspected types of dark matter particles within faint dwarf galaxies near the Milky Way — relatively “boring” galaxies that have little activity but are known to contain large amounts of dark matter. The results?
These aren’t the particles we’re looking for.
80% of the material in the physical Universe is thought to be made of dark matter — matter that has mass and gravity but does not emit electromagnetic energy (and is thus invisible). Its gravitational effects can be seen, particularly in clouds surrounding galaxies where it is suspected to reside in large amounts. Dark matter can affect the motions of stars, galaxies and even entire clusters of galaxies… but when it all comes down to it, scientists still don’t really know exactly what dark matter is.
Possible candidates for dark matter are subatomic particles called WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). WIMPs don’t absorb or emit light and don’t interact with other particles, but whenever they interact with each other they annihilate and emit gamma rays.
If dark matter is composed of WIMPs, and the dwarf galaxies orbiting the Milky Way do contain large amounts of dark matter, then any gamma rays the WIMPs might emit could be detected by NASA’s Fermi Gamma-Ray Space Telescope.
After all, that’s what Fermi does.
Ten such galaxies — called dwarf spheroids — were observed by Fermi’s Large-Area Telescope (LAT) over a two-year period. The international team saw no gamma rays within the range expected from annihilating WIMPs were discovered, thus narrowing down the possibilities of what dark matter is.
“In effect, the Fermi LAT analysis compresses the theoretical box where these particles can hide,” said Jennifer Siegal-Gaskins, a physicist at the California Institute of Technology in Pasadena and a member of the Fermi LAT Collaboration.
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| This dwarf spheroidal galaxy is a satellite of our Milky Way and is one of 10 used in Fermi's dark matter search. (Credit: ESO/Digital Sky Survey 2) |
So rather than a “failed experiment”, such non-detection means that for the first time researchers can be scientifically sure that WIMP candidates within a specific range of masses and interaction rates cannot be dark matter.
(Sometimes science is about knowing what not to look for.)
A paper detailing the team’s results appeared in the Dec. 9, 2011, issue of Physical Review Letters. Read more on the Fermi mission page here.
by JASON MAJOR on APRIL 3, 2012
http://www.universetoday.com/94418/finding-out-what-dark-matter-is-and-isnt/
samedi 15 octobre 2011
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