Les amas de matière noire pourraient révéler la nature de l'énergie sombre

Anonim

Les scientifiques espèrent comprendre l'un des mystères les plus durables de la cosmologie en simulant ses effets sur le regroupement des galaxies.

Ce mystère est une énergie sombre - le phénomène que les scientifiques supposent fait que l’univers se développe à un rythme toujours plus rapide. Personne ne sait rien à propos de l'énergie noire, sauf que cela pourrait être, en quelque sorte, à peu près tout à part.

Pendant ce temps, l'énergie sombre a un cousin tout aussi ombreux - la matière noire. Cette substance invisible semble s’être regroupée autour des galaxies et les empêcher de se disperser en leur conférant une force gravitationnelle supplémentaire.

Un tel effet de clustering est en concurrence avec l'expansion accélérée de l'énergie noire. Pourtant, étudier la nature précise de cette compétition pourrait éclairer l’énergie noire.

«De nombreux modèles d’énergie noire sont déjà exclus avec les données actuelles», a déclaré le Dr Alexander Mead, cosmologiste à l’Université de la Colombie-Britannique à Vancouver, au Canada, qui travaille sur un projet appelé modélisation Halo. "Avec un peu de chance, à l’avenir, nous pourrons en sortir plus."

Lentille gravitationnelle

Actuellement, la seule façon d'observer la matière noire consiste à rechercher les effets de son attraction gravitationnelle sur d'autres matières et la lumière. Le champ gravitationnel intense qu'il produit peut provoquer une distorsion de la lumière et une courbure sur de grandes distances - un effet connu sous le nom de lentille gravitationnelle.

En cartographiant la matière noire dans des parties éloignées du cosmos, les scientifiques peuvent déterminer la quantité de matière noire présente - et, en principe, la manière dont cette grappe est affectée par l’énergie noire.

Le lien entre la lentille gravitationnelle et la classification de la matière noire n'est cependant pas simple. Pour interpréter les données des télescopes, les scientifiques doivent se référer à des modèles cosmologiques détaillés - des représentations mathématiques de systèmes complexes.

M. Mead élabore un modèle de regroupement qui, espère-t-il, aura suffisamment de précision pour faire la distinction entre différentes hypothèses relatives à l’énergie sombre.

"Une analogie que j'aime beaucoup avec la turbulence. Dans les écoulements turbulents, vous pouvez parler de courants et de tourbillons, qui sont des mots agréables, mais la réalité de la fluidité d'un tuyau qui coule calmement est extrêmement compliquée.". "

Cinquième force

L'une des théories les plus exotiques est que l'énergie noire est le résultat d'une cinquième force non détectée jusqu'ici, en plus des quatre forces connues de la nature: la gravité, l'électromagnétisme et les forces nucléaires fortes et faibles à l'intérieur des atomes.

Une hypothèse plus commune pour l’énergie noire, cependant, est connue sous le nom de constante cosmologique, qui a été avancée par Albert Einstein dans le cadre de sa théorie générale de la relativité. On pense souvent à décrire une mer omniprésente de particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent continuellement dans tout l'univers.

Une façon d'écarter l'hypothèse de la constante cosmologique est bien sûr de prouver que l'énergie noire n'est pas du tout constante. C’est l’objectif du Dr Pier Stefano Corasaniti de l’Observatoire de Paris en France, qui - dans un projet appelé EDECS - aborde la question de la matière noire sous un angle différent.

Au lieu d'essayer de modéliser le regroupement à partir de données de lentilles gravitationnelles, il commence spécifiquement par une hypothèse dynamique - c'est-à-dire non constante - d'énergie sombre, et tente de prédire la densité de la matière si c'était le cas.

Pousser les limites

Il y a, en principe, des manières infinies que l'énergie sombre peut varier dans l'espace et dans le temps, bien que de nombreuses théories aient déjà été exclues par les observations existantes. M. Corasaniti concentre ses simulations sur des types d’énergie noire dynamique qui poussent sur les limites de ces limites d’observation, ouvrant ainsi la voie à des essais avec des expériences futures.

Les simulations, qui retracent l'évolution de nombreuses particules de matière noire «N-body», nécessitent des supercalculateurs fonctionnant pendant de longues périodes, traitant plusieurs pétaoctets (mille millions de millions d'octets) de données.

"Nous avons couru parmi les plus grandes simulations cosmologiques de corps N jamais réalisées", a déclaré le Dr Corasaniti.

Les simulations du Dr Corasaniti prédisent que la façon dont l’énergie noire évolue avec le temps devrait influer sur le regroupement de la matière noire. Ceci, à son tour, modifie l'efficacité avec laquelle les galaxies se forment d'une manière qui ne serait pas le cas avec une énergie sombre constante.

Les prédictions de ses modèles pourraient être testées à l’aide de télescopes à venir tels que le Large Synoptic Survey Telescope au Chili et le Square Kilometer Array en Australie et en Afrique du Sud, ainsi que par des missions satellites comme Euclid (EUropean Cooperation for Detection).) et WFIRST (télescope d’enquête infrarouge à champ large).

"Si l'énergie noire s'avère être un phénomène dynamique, cela aura une profonde implication non seulement sur la cosmologie, mais aussi sur notre compréhension de la physique fondamentale", a déclaré le Dr Corasaniti.

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