Une Solution pour la Naissance des Trous Noirs Supermassifs

L’existence de trous noirs supermassifs de plus de 1 milliard de masses solaires dans un Univers à peine âgé de 1 milliard d’années pose de grandes questions aux astrophysiciens. Comment de tels objets ont-ils pu grossir de la sorte en si peu de temps ? Ces trous noirs supermassifs sont les sources d’énergie qui sont à l’origine des quasars, objets extrêmement lumineux et lointains, connus depuis une cinquantaine d’année.

Vue d'artiste d'un trou noir entouré par un disque
d'accrétion. (NASA/CXC/SAO)

Les quasars les plus lointains que nous connaissons se situent dans une zone de l’espace-temps où l’Univers n’avait que 6% de son âge, soit un peu moins d’un milliard d’années. Les premières étoiles, elles, sont apparues quand l’Univers était âgé environ d’une centaine de millions d’année et les premières galaxies aux alentours de 500 millions d’années.
Ce que l’on pense aujourd’hui, c’est que les trous noirs supermassifs grossissent par fusion successives de trous noirs de masses intermédiaires, de plusieurs centaines de milliers de masse solaire. Mais un trou noir « normal » se forme par l’effondrement d’une étoile qui peut avoir environ une masse de 10 masses solaires, seulement. Les premiers trous noirs sont apparus après l’effondrement d’étoiles de la toute première génération, celles qui sont nées quelques centaines de millions d’années après la singularité initiale, et qui ont dû avoir une durée de vie très courte, probablement moins de 100 millions d’années.
On pense donc raisonnablement qu’il existait de nombreux trous noirs stellaires (de l’ordre de 10 masses solaires) dans l’Univers âgé de 300 à 400 millions d’années.
Mais comment peut-on passer de trous noirs de 10 masses solaires à des énormités de plus de 100000 masses solaires en l’espace de seulement 600 millions d’années ? Cette question est l’une des grandes énigmes actuelles en astrophysique. La question se pose car le grossissement en masse des trous noirs par accrétion de matière est un processus limité : le taux d’accrétion d’un trou noir (la quantité de masse attrapée par seconde) ne peut pas dépasser une certaine limite physique, le taux d’Eddington, qui est lié à la pression de radiation produite par le rayonnement du disque d’accrétion, qui vient s’opposer à la force de gravitation faisant tomber le gaz dans le disque d’accrétion.

Schéma du principe d'accrétion exponentielle par
diffusion au sein d'un amas dense. Le trou noir
a un mouvement erratique et collecte de la
matière dans son mouvement.
(Alexander et al., Science)

Deux astrophysiciens, un israélien et un américain, viennent de proposer une solution possible à cette énigme. Dans un court article paru dans le numéro deScience de vendredi dernier, ils proposent un mécanisme dynamique permettant à un trou noir stellaire d’outrepasser la limite d’Eddington et de grossir très rapidement et très fortement pour atteindre la taille d’une graine de trou noir supermassif, soit 10000 masses solaires en moins de 10 millions d’années.

Leur proposition est la suivante : à l’origine, un trou noir stellaire de 10 masses solaires se trouve emprisonné à l’intérieur d’un amas très dense d’étoiles. De plus, cet amas est traversé par un flux de gaz froid et dense également. Ce type d’amas d’étoiles pourrait être les toutes premières proto-galaxies.

Ce qui se passe est que le disque d’accrétion entourant le trou noir est fortement perturbé par les multiples interactions gravitationnelles entre le trou noir et les étoiles environnantes, très nombreuses. De fait, le trou noir se retrouve comme balloté dans un mouvement erratique parmi les milliers d’étoiles de l’amas. De plus, le flot de gaz froid circulant au milieu de tout ce monde a pour effet de rendre opaque le milieu à proximité immédiate du disque d’accrétion du trou noir. La conséquence de ces effets simultanés est une sorte de disparition de la limite d’Eddington : dans ces conditions particulières, le trou noir se retrouve pouvoir accréter et absorber tout le gaz (et les étoiles sont du gaz) se trouvant sur son chemin avec un taux (la quantité de masse par seconde) sans aucune limite. Ce grossissement est qualifié par les auteurs de supra-exponentiel, c’est dire…

Tal Alexander et Priyamvada Natarajan montrent que dans ces conditions particulières, un trou noir de taille stellaire atteint 10000 masses solaires en moins de 10 millions d’années. Ils indiquent également qu’avec de telles graines de trous noirs de 10000 masses solaires, le seul effet d’une accrétion revenue dans un régime normal (avec limite d’Eddington) suffirait à obtenir des trous noirs de 1 milliard de masse solaire quelques centaines de millions d’années plus tard, même sans avoir recours à des fusions de graines…

Ils concluent leur article en précisant qu’il n’est même pas nécessaire qu’un tel mécanisme ait lieu systématiquement. Si cela a eu lieu dans seulement 1 à 5% des amas denses d’étoiles de l’Univers très jeune, ce serait suffisant pour expliquer le nombre de quasars que nous voyons aujourd’hui.
Serait-ce le début de la fin d’une énigme ?

Référence :
Rapid growth of seed black holes in the early universe by supra-exponential accretion
Tal Alexander and Priyamvada Natarajan
Science, vol 345 issue 6202 (12 september 2014)

lundi 15 septembre 2014

http://drericsimon.blogspot.com/2014/09/une-solution-pour-la-naissance-des.html

Nouveau scénario pour résoudre l’énigme des trous noirs géants

Même les plus énormes ogres ont un jour été petits. Et, dans le cas des trous noirs géants que l'on trouve au centre des galaxies, cela pose une véritable énigme aux astrophysiciens. Il est en effet arrivé à des chercheurs, en regardant loin dans le cosmos – ce qui revient à regarder dans son passé car la lumière des astres lointains a parfois mis des milliards d'années à nous parvenir –, de remonter à moins de 800 millions d'années après le Big Bang, dans la prime jeunesse d'un Univers aujourd'hui vieux de 13,8 milliards d'années, et de trouver des galaxies contenant un trou noir supermassif. Par supermassif, on entend un monstre équivalent à un milliard de fois la masse de notre Soleil, voire davantage. Or, même si, comme je l'écrivais dans un précédent billet, 800 millions d'années peuvent sembler une période bien longue, c'est en réalité très court pour fabriquer un trou noir aussi gargantuesque. Voilà donc où se situe l'énigme : comment ces objets étranges parviennent-ils à absorber une quantité aussi phénoménale de matière en si peu de temps ?

Pour mieux comprendre le problème, il faut savoir que, contrairement à une idée reçue, "les trous noirs ne pompent pas activement la matière – ils ne sont pas comme des aspirateurs", explique Tal Alexander, du département de physique des particules et d'astrophysique de l'Institut Weizmann (Rehovot, Israël). Ainsi que ce chercheur l'a précisé au site Space.com, "une étoile ou un flux de gaz peut se trouver sur une orbite stable autour d'un trou noir, exactement comme la Terre tourne autour du Soleil, sans tomber dedans. C'est réellement un défi de réfléchir à des moyens efficaces de conduire le gaz dans le trou noir à un rythme suffisamment élevé pour soutenir une croissance rapide."

Dans les galaxies âgées et proches de nous que nous pouvons observer, les trous noirs centraux sont plutôt à la diète : la matière y tombe lentement, presque au compte-gouttes. Cette matière provient en général du disque d'accrétion qui entoure le trou noir et tourne autour de lui un peu comme l'eau d'un lavabo qui se vide. Cela a deux effets ralentisseurs : le gaz se trouve en quelque sorte englué dans cette spirale visqueuse et c'est chacun son tour comme sur un rond-point (à la différence qu'on en "sort" par l'intérieur et non par l'extérieur). À cet embouteillage s'ajoute un second phénomène : les frictions internes au disque créent de l'énergie et une pression de radiation qui a pour effet de repousser la matière et de limiter la vitesse à laquelle elle choit dans le trou noir.

Dans une étude publiée le 7 août par Science, qu'il a cosignée avec Priyamvada Natarajan, astrophysicienne à l'université Yale (Etats-Unis), Tal Alexander a tenté de résoudre le casse-tête de la formation des trous noirs géants et de comprendre comment, à partir d'un premier trou noir, issu de la mort d'une grosse étoile de la toute première génération d'astres apparus après le Big Bang, on pouvait former un monstre du cosmos en moins d'un milliard d'années. Ces deux chercheurs ont imaginé une proto-galaxie : un trou noir de masse modeste (quelques fois la masse du Soleil) inséré au sein d'un amas d'étoiles jeunes, amas alimenté par un flux de gaz froid et dense tel qu'on pouvait en trouver dans le jeune Univers. Dans ce modèle de bébé-galaxie, le trou noir, encore léger, subit les interactions gravitationnelles des étoiles voisines et se promène à droite et à gauche comme une boule de flipper. En zigzaguant ainsi dans l'amas, il ramasse et engloutit sur son passage une bonne quantité de gaz qui lui tombe directement dans le bec sans passer par la phase du disque d'accrétion, lequel ne se forme pas dans ces conditions bousculées. Plus le trou noir grossit, plus il peut dévorer et sa croissance se déroule à une vitesse "supra-exponentielle", pour reprendre l'expression des chercheurs.

Selon les calculs de Tal Alexander et de Priyamvada Natarajan, il ne faut au maximum que quelques dizaines de millions d'années – une misère à l'échelle des temps astronomiques – pour que le trou noir accumule plus de 10 000 fois la masse du Soleil. Après cela, l'objet est devenu tellement respectable qu'il cesse de jouer au chien dans un jeu de quilles. Mais la "graine" de trou noir supermassif a bien poussé et rien ne l'arrêtera. Sa croissance ralentira certes progressivement mais cela ne l'empêchera pas d'atteindre une masse colossale avant même son milliardième anniversaire...

11 août 2014, par Pierre Barthélémy

http://passeurdesciences.blog.lemonde.fr/2014/08/11/nouveau-scenario-pour-resoudre-lenigme-des-trous-noirs-geants/#xtor=RSS-3208

Les Trous Noirs font le Ménage

Il faut encore que je vous parle des trous noirs. Vous vous en souvenez, on sait qu'il existe un lien étroit entre la masse du trou noir central d'une galaxie et la masse totale de la galaxie. Le rapport est à peu près constant pour la grande majorité des galaxies dans lesquelles on a pu détecter la présence de l'astre sombre : 1 pour 1000. La masse du trou vaut 1 millième de celle de la galaxie entière et ce quelle que soit la galaxie.

C'est étonnant et considérable surtout quand on connaît les dimensions respectives de ces deux éléments et quand on sait que la masse des trous noirs en question peut s'étaler entre le million de masses solaires et la dizaine de milliards. Le fait qu'il semble exister un lien entre la masse d'un trou noir central et sa galaxie hôte laisse supposer une relation privilégiée, une coévolution comme l'appelle les astrophysiciens. Certains modèles de formation des galaxies proposent même que le trou noir central produit un mécanisme qui tend à réguler le grossissement de la galaxie.

Image en radio de la galaxie 4c12.50 située à 1,5 milliards
d'A.L (Morganti et al., NRAO/AUI/NSF)

On ne peut que se demander comment un objet aussi petit - l'horizon d'un trou noir supermassif ne dépasse guère la taille du système solaire - peut influer sur l'ensemble aussi vaste qu'est une galaxie (plusieurs dizaines de milliers d'années-lumière de diamètre).
Une équipe de chercheurs vient de trouver un début de piste en étudiant le noyau actif d'une galaxie qui abrite (bien sûr) un géant obscur. Il s'agit de 4C12.50, qui est classé dans les noyaux de galaxie infrarouges ultralumineuses (des ULIRGs selon l'acronyme anglais).

Ce que montrent Rafaella Morganti et ses confrères, de l'Université de Groningen aux Pays-Bas, c'est que les jets radio puissants produits par le trou noir n'interagissent pas seulement avec le gaz chaud peu dense du milieu interstellaire, ce qu'on pensait jusqu'alors, mais aussi avec le gaz d'hydrogène moléculaire, froid, beaucoup plus dense, celui qui est l'origine de la formation des étoiles par concentration gravitationnelle.

Implantation du réseau de radiotélescopes VLBA (NASA)

Ils sont parvenus à mesurer la vitesse de déplacement d'une portion de nuage de gaz froid situé à 350 années-lumière du trou, sur lequel arrivait le jet du trou noir par derrière. Ils trouvent une vitesse de 1000 km/s pour un flux de matière de l'ordre de 20 masses solaires/an.
Ces observations ont été effectuées grâce à des réseaux de radiotélescopes en mode interférométrique à très longue distance (VLBA, VLA, Effelsberg, Westerbork et Onsala), qui permettent de visualiser des détails très fins.

Les trous noirs supermassifs grâce à leurs jets radio expulsent ainsi des quantités de matière non négligeables loin des zones de formation d'étoiles dans la galaxie. En d'autres termes, ils font le ménage autour d'eux en empêchant leur galaxie de continuer de grossir en produisant des étoiles, mais en même temps ils éloignent loin d'eux la matière qui leur aurait permis de grossir eux-mêmes d'avantage...

Référence :
Radio Jets Clearing the Way Through a Galaxy: Watching Feedback in Action
Raffaella Morganti et al.
Science 341, 1082 (6 spetember 2013)

samedi 7 septembre 2013

http://drericsimon.blogspot.com/2013/09/les-trous-noirs-font-le-menage.html

Les nouvelles images du Big Bang

L’image du rayonnement fossile captée par le satellite Planck a déjà fait le tour du monde. Cette carte du ciel vieille de 13,7 milliards d’années, soit 380.000 après le Big Bang, mérite néanmoins quelques explications. Que voit-on exactement sur cette image ? Réponse de l’astrophysicien François Bouchet, coresponsable de HFI, l’un des principaux instruments

http://savoir.neopodia.com/201304_Nouvelles_images_Big_Bang_satellite_Planck_Rayonnement_fossile_fond_cosmologique_grumeaux_primordiaux_carte_ciel?t=21

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.

NASA, ESA, et l'équipe Hubble Heritage
(STScI/AURA) 

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

1er modèle de l'Univers observable du Big-Bang jusqu'à aujourd'hui

Une équipe de chercheurs du Laboratoire Univers et Théories (LUTH, Observatoire de Paris/ CNRS/Université Paris Diderot) (1) dirigée par Jean-Michel Alimi vient de réaliser pour la première fois le calcul de la structuration de tout l'Univers observable, du Big Bang jusqu'à aujourd'hui. La simulation effectuée a permis de suivre 550 milliards de particules. Elle est la première des trois étapes d'un projet exceptionnel, appelé Deus: full universe run (2) réalisé sur le nouveau supercalculateur CURIE de GENCI exploité au Très Grand Centre de Calcul (TGCC) du CEA. La simulation déjà réalisée et celles programmées pour fin mai 2012 constitueront une aide exceptionnelle aux grands projets d'observation et de cartographie de notre Univers. Elles permettront de mieux comprendre la nature de l'énergie noire et son influence sur la structuration de l'Univers, l'origine de la distribution de la matière noire et des galaxies.



Volume de l'Univers accessible avec la simulation, c'est-à-dire tout l'Univers Observable et la comparaison avec le domaine d'Univers observé aujourd'hui. Au bord du disque extrait de la sphère céleste totale on retrouve l'observation du fond cosmologique.
© Deus consortium.

Après des développements de plusieurs années, six chercheurs (3) de l'équipe Cosmologiedu LUTH ont réalisé la première simulation de la structuration de tout notre Univers observable, du Big Bang jusqu'à aujourd'hui. Au-delà du modèle cosmologique standard avecconstante cosmologique qu'ils viennent d'achever, leurs travaux distinguent deux autres modèles cosmologiques avec énergie noire (4), composante mystérieuse introduite pour expliquer l'accélération de l'expansion de l'Univers (5). Quelle est l'empreinte de l'énergie noire sur la structuration de l'Univers ? Et réciproquement, comment déduire de l'étude de la structuration de l'Univers la nature de cette énergie ? Deux questions fondamentales auxquelles le projet Deus: full universe run tentera de répondre.

La simulation du modèle standard de la cosmologie, qui vient d'être réalisée, a déjà permis de mesurer le nombre d'amas de galaxies de masse supérieure à cent mille milliards demasse solaire qui s'élève aujourd'hui à plus de 144 millions. Autres enseignements: le premier amas de ce type est apparu alors que l'Univers n'avait que 2 milliards d'années et l'amas le plus massif dans l'Univers observable aujourd'hui pèse 15 millions de milliards de masses solaires. Les données générées lors du calcul permettent également de mesurer les fluctuations de la distribution de la matière noire. Celles-ci résultent des fluctuations du fond de rayonnement cosmologique issues du Big-Bang, observées par les satellites WMAP et Planck. Ces observations sont cette fois obtenues dans une simulation qui couvre toute l'histoire de l'Univers, avec une précision jamais atteinte et sur la plus large gamme d'échelles jamais observées, de quelques millionièmes à la taille de l'Univers. Elles dévoilent avec précision les empreintes sur la matière noire des oscillations du gaz primordial ("Oscillations Baryoniques Acoustiques"). Ces calculs apparaissent déjà comme une mine prodigieuse de nouveaux résultats intéressant toute la communauté cosmologique.

La mise en œuvre de ce projet exceptionnel a été rendue possible grâce aux puissantes ressources mises à la disposition de ces chercheurs par GENCI (6), le Grand Equipement National de Calcul Intensif, sur son supercalculateur CURIE doté de plus de 92 000 unités de calcul et capable de réaliser 2 millions de milliards d'opérations à la seconde (2 PFlop/s). La machine CURIE est installée et exploitée par le CEA au sein du Très Grand Centre de Calcul, à Bruyères-le-Châtel (Essonne). Conçue par Bull, c'est l'une des cinq machines les plus puissantes au monde.

Deus: full universe run constitue une nouvelle avancée qui dépasse largement les calculs les plus performants réalisés à ce jour par toutes les équipes internationales sur les plus grands centres de calcul du monde. L'ensemble du projet nécessitera plus de 30 millions d'heuresde calculs (près de 3500 ans) réparties sur la quasi-totalité des unités de calcul CURIE. Plus de 150 péta-octets de données (soit l'équivalent de 30 millions de DVD) seront générés durant ces calculs. Grâce à un processus de sélection avancé et innovant, il sera possible de n'en conserver que 1 Po utile.

Dès à présent, il est possible de parcourir pour la première fois, pour le modèle standard de la cosmologie avec constante cosmologique, la distribution de la matière noire et des galaxies dans tout l'Univers sur des distances équivalent à 90 milliards d'années-lumière (7), et d'observer leurs évolutions tout au long de l'histoire de l'Univers.

Les résultats de ces voyages, dans tout l'Univers observable d'ici et maintenant jusqu'à la limite du Big-Bang pour les trois modèles cosmologiques, sont programmés pour fin mai prochain. Ils permettront de mieux connaître l'influence de l'énergie noire sur la structuration de l'Univers et constitueront une aide exceptionnelle à l'élaboration et l'interprétation des "catalogues" cosmologiques présents et futurs des grands projets d'observation, spécialement ceux portés par les grandes agences spatiales internationales, comme le projet EUCLID (8) qui vient d'être sélectionné par l'ESA, l'agence spatiale européenne. ...

Plus obtenir plus de photos: http://bit.ly/AqJHGf

Pour aller plus loin: www.deus-consortium.org

Posté par Michel le Vendredi 13/04/2012 à 00:00 

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=10294

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.

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/

Des champs magnétiques intenses peu après le Big Bang ?

D'intenses champs magnétiques ont probablement été générés dans l'Univers peu de temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les éléments qui le composent bougent, se transforment et évoluent pour l'observateur...) après le Big Bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela préjuge de...), selon une équipe internationale menée par Christoph Federrath et Gilles Chabrier du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...) de Lyon (CNRS / ENS Lyon / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) Claude Bernard Lyon 1). Les chercheurs fournissent la première explication à la présence de gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants (pour plus de détails, voir gaz réels).) magnétisé entre les galaxies ou entre les étoiles d'une même galaxie. Publiés dans la revue Physical Review Letters le 9 Septembre 2011, ces résultats pourraient permettre de mieux comprendre les propriétés des premières étoiles et galaxies dans l'Univers.

Pourquoi le gaz présent entre les galaxies ou entre les étoiles d'une même galaxie est-il magnétisé ? Une équipe internationale d'astrophysiciens avance pour la première fois une explication: un champ magnétique initialement faible a pu être amplifié par des mouvements turbulents (1), comme ceux présents à l'intérieur de la Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant du Soleil.) et du Soleil ((pourcentage en masse)), qui ont dû exister dans l'Univers primordial. "Selon nos simulations, cette turbulence produit une croissance exponentielle (En mathématique, en économie et en biologie, on parle d'un phénomène à croissance exponentielle (ou géométrique) lorsque la croissance en valeur absolue de la population est...) du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique", expliquent Christoph Federrath et Gilles Chabrier, qui ont dirigé les recherches. "Nos calculs montrent que ce phénomène est possible même sous des conditions physiques extrêmes, comme celles rencontrées peu de temps après le Big Bang, lors de la formation des premières étoiles", précisent-ils.

Leurs simulations numériques tridimensionnelles révèlent comment les lignes de champ magnétique sont étirées, tordues et repliées par les "flots" turbulents. De la même façon que l'électricité génère un champ magnétique à travers le mouvement de particules chargées, les charges elles-mêmes sont soumises à une force lorsqu'elles se déplacent dans un champ magnétique. "L'interaction entre énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) turbulente, sorte d'énergie cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) générée par la turbulence, et champ magnétique, peut amplifier un champ initialement faible et le convertir en un champ fort", précisent les astrophysiciens. Ces derniers espèrent ainsi mieux comprendre les propriétés des premières étoiles et galaxies dans l'Univers.

Cette recherche s'intègre dans un projet scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) piloté par Gilles Chabrier, médaille d'argent 2006 du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), financé par une bourse senior européenne "European Research Council advanced grant" du 7e programme-cadre dédiée à la compréhension de la physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ d'application actuel est néanmoins plus restreint : la physique décrit de façon à la fois quantitative et...) des proto-étoiles et des planètes extrasolaires.



Structures turbulentes du champ magnétique pour quatre modèles numériques représentant des conditions physiques très différentes. En haut à gauche, l'intérieur du Soleil, par exemple, est faiblement compressible et caractérisé par des flots subsoniques, alors que le plasma typique de l'Univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant ou non, selon les philosophies, les choses...) primordial, en bas à droite, était très probablement dominé par de fortes compressions et une turbulence fortement supersonique (Supersonique signifie « supérieur à la vitesse du son ».).
© Federrath, Chabrier, Schober, Banerjee, Klessen, and Schleicher

Note:
(1) Ce mouvement est un "flot" qui ne s'écoule pas "tranquillement", de façon laminaire. Il est soumis localement à de fortes variations de vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.), dans toutes les directions, ce qui créé des "tourbillons" (ou vortex). Ces tourbillons fournissent l'équivalent d'une énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique d’un corps est égale au...) appelée énergie turbulente.

Référence:

Mach Number Dependence of Turbulent Magnetic Field Amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.): Solenoidal versus Compressive Flows. C. Federrath, G. Chabrier, J. Schober, R. Banerjee, R. S. Klessen, and D. R. G. Schleicher. Physical Review Letters. 9 Septembre 2011

Posté par Michel le Dimanche 11/09/2011 à 00:00

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=9550