Mise à jour le 10 Mars 2008
 
 
CONFÉRENCE
"LA PÂLE LUMIÈRE DE LA MATIÈRE NOIRE"
Par Gianfranco BERTONE 
Institut d'Astrophysique de Paris
Organisée par l'IAP
98 bis Av Arago, Paris 14 ème
 
le mardi 4  Mars 2008 à 19H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos
Vidéo de la conférence par le CERIMES disponible sur leur site quelques jours après (le CERIMES propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) :      voir : http://www.cerimes.fr/
Gianfranco Bertone a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf), elle est disponible sur ma liaison ftp elle s'appelle. : matiere-noire-Bertone.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
Comme d'habitude, salle comble ce mardi soir.
 
 
 
 
Gianfranco Bertone est un jeune astrophysicien, d'origine Italienne, qui a passé sa thèse à Oxford sous la direction du célèbre Joseph Silk, avec comme thème les rayons cosmiques de très haute énergie.
 
Ensuite un post doc au Fermilab de Chicago, rien de moins puis chercheur à l'Université de Padoue à l'Insitut de Physique Nucléaire.
 
Ensuite il est reçu au CNRS et travaille maintenant à l'IAP dans le groupe GreCO (Gravitation et Cosmologie).
 
 
Le thème de ce soir, la matière noire!
 
 
 
 
 
 
UN RAPPEL : LE MODÈLE COSMOLOGIQUE STANDARD.
 
 
Le modèle standard (sous entendu de la cosmologie) est ce qui décrit le mieux actuellement l'évolution cosmologique de l'Univers.
 
Il décrit la composition de l'Univers, tel qu'on l'imagine aujourd'hui.
 
72% le compose, ce serait ce que l'on appelle l'énergie noire (ou sombre, en anglais dark energy).
 
22% serait une autre entité dont on connaît peu de chose : la matière noire (dark matter).
 
Le reste, quantité négligeable, c'est de la matière et donc en partie ……les étoiles et nous, qui représentent 1% de la matière de l'Univers!
 
 
 
 
 
La réalité de cette matière noire a été supposée depuis longtemps (Fritz Zwicky) grâce aux mesures des vitesses de rotation des étoiles dans les galaxies.
 
En effet les étoiles du bord du disque galactique tournent beaucoup plus vite que ce qui est prévu par les lois de la mécanique newtonienne, comme le montre le graphique ci contre.
 
Il y avait donc de la matière invisible dans ces régions là, d'où le nom de matière noire ou sombre.
Ce serait une sorte de halo qui entourerait les galaxies, mais il semble que ce soit une vision un peu naïve et que la réalité soit un peu plus compliquée. (démontré par des simulations numériques).
 
 
 
Cette complexité pose la question de savoir si une autre possibilité ne serait pas de modifier la gravité, comme dans la passé cela fut évoqué par exemple pour les perturbations d'Uranus (qui étaient dues en fait à Neptune).
 
 
 
COMMENT PROUVER L'EXISTENCE DE LA MATIÈRE NOIRE?
 
 
 
C'est le phénomène de lentille gravitationnelle qui va nous en apporter la preuve.
 
Ce phénomène vous a déjà été expliqué dans ces colonnes.
 
La masse interposée entre l'observateur et une galaxie invisible fait un effet de loupe et fait apparaître des images (déformées) de cette galaxie mais dont la luminosité est amplifiée, et rendue ainsi visible.
 
 
 
 
 
 
 
 
La matière noire est difficile à mettre en évidence car elle n'interagit que gravitationnellement.
 
 
L'amas du boulet (bullet cluster) semble être la preuve évidente de la présence de matière noire, comme l'indique ce communiqué de Chandra notre observatoire spatial en X.
 
Les gaz chauds détectés par Chandra  dans le domaine des rayons X apparaissent en rose sur la photo et contiennent la plupart de la matière normale ou baryonique des deux amas.
Le nuage bleu sur la droite en forme de balle de fusil (d'où le nom de bullet cluster) est le gaz chaud d'un des amas qui est passé au travers des gaz chauds de l'autre amas pendant la collision, de même pour le nuage bleu de gauche. On a donc pu imager des zones de matière baryonique et de matière noire.
(photo : NASA/CXC)
Cet amas est composé principalement de matière noire et sa formation résulte de la collision de deux énormes amas de galaxies.
 
Nous en avions d'ailleurs rapporté les principales informations dans ces colonnes à l'époque. À voir une animation dans cet article.
 
 
 
 
En 2007 on a pu établir une première carte en 3D de la matière noire.
 
C'est une équipe internationale conduite par Richard Massey du California Institute of Technology (Caltech), USA et de nombreux autres chercheurs font partie de l'équipe qui a procédé à cette cartographie.
 
Cette carte est tirée de l'étude COSMOS de Hubble, qui couvre une surface du ciel suffisamment grande (neuf fois la pleine lune) de telle sorte que les structure filamenteuses à grande échelle de la matière noire soient visibles.
L'information distance, donnant l'effet 3D provient de la combinaison des spectres des télescopes du VLT, de Subaru et du CFHT
 
Nous en avions parlé dans cet astronews vous pouvez vous y reporter pour voir la carte.
 
Cette carte en 3-D montre que la matière "ordinaire", se concentre le long des régions les plus denses de la matière "noire".
On peut y identifier un réseau de filaments, se croisant là où se trouvent les amas de galaxies.
 
 
 
Sans matière noire, il n'y aurait pas eu assez de masse dans l'Univers pour que les grandes structures s'effondrent en galaxies.
 
Mais on ne sait toujours pas quel type de particules correspond à la matière noire.
 
 
 
COMMENT SAVOIR SI UNE PARTICULE EST UN BON CANDIDAT POUR LA MATIÈRE NOIRE?
 
GF Bertone nous propose alors une très belle diapo résumant les caractéristiques que devraient avoir cette particule.
Il a mis au point cette table avec ses confrères Marco Taoso, et Antonio Masiero.
Voir en référence un article pdf à ce sujet.
 
 
Voici une grille de tests que devrait satisfaire cette particule.
 
1)      la densité est elle compatible?
2)    est elle "froide"?
3)    est elle neutre?
4)    Est elle en accord avec la nucléosynthèse (BBN)?
5)    Est elle en accord avec les théories stellaires actuelles?
6)    Sans collision?
7)    Compatible avec les recherches actuelles?
8)    Compatible avec les contraintes Rayons Gamma?
9)    En accord avec les contraintes astro?
10) Peut on la tester expérimentalement?
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Les candidats font partie du modèle standard.
 
On a essayé tous les types de particules sauf le boson de Higgs qui est recherché dans les grands accélérateurs.
 
 
Les particules recherchées dans ces accélérateurs comme le LHC de Genève, font partie de la super symétrie.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LE POINT SUR LES EXPÉRIENCES EN COURS POUR DÉTECTER DE LA MATIÈRE NOIRE.
 
Voici l'état des lieux en 2008 :
 
 
 
Légende :
·        Les points noirs : les télescopes à neutrinos
·        Les points bleus : les télescopes Gamma
·        Les points rouges : détection directe
·        Les points jaunes : les collisionneurs.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ces différentes expériences sont toutes basées sur l'une des méthodes de détection suivante :
·        Détection directe
·        Détection indirecte
·        Particules au niveau des accélérateurs.
 
 
Détection directe :
 
La matière noire interagit très très faiblement avec les noyaux des détecteurs.
Le meilleur exemple c'est l'expérience Edelweiss.
 
Détection indirecte :
 
C'est par exemple les télescopes gamma ou à neutrinos.
Les exemples les plus intéressants sont le télescope HESS en Namibie et le projet Antares pour détecter les neutrinos sous la mer.
 
Les accélérateurs :
 
Évidemment le super projet c'est le LHC en construction à Genève dont nous avons déjà parlé.
 
 
LE FUTUR : LE TÉLESCOPE SPATIAL GLAST.
 
Le problème est que la détection directe de la matière noire est impossible , alors…
On ne peut suivre que les gamma émis et ceux ci sont les plus denses là où la matière noire est supposée être la plus dense aussi : au cœur des galaxies.
C'est le but des télescopes spatiaux spécialisés dans l'étude du rayonnement gamma actuels et surtout des nouveaux projets comme GLAST (Gamma Ray Large Area Space Telescope) conçu par Stanford University et la NASA dont le lancement est prévu pour dans quelques semaines (Mai 2008).
 
Voir ce film de présentation de la mission par la NASA.
 
 
Puis notre conférencier termine sur les trous noirs; en effet leur formation au centre des halos galactiques influence la distribution de matière noire autour d'eux.
 
Quand la masse d'un trou noir augmente, la matière noire se redistribue, et se concentre de plus en plus autour de lui.
 
Et comme le dit joliment Gianfranco, puisque la "pâle lumière" produite par la matière noire dépens de la densité (concentration) de la matière noire; la croissance du trou noir augmente l'intensité du signal lié à cette matière.
 
 
 
 
CONCLUSIONS.
 
·        Énorme effort théorique et expérimentale pour l’identification de la matière noire
·        Les accélérateurs pourraient nous ouvrir la porte de nouvelles théories de la Physique, mais ils ne fourniront pas les réponses a toutes nos questions
·        Les recherches directes pourraient fournir des informations fondamentales
·        Les recherches indirectes pourraient fournir la preuve conclusive de l’existence de la matière noire
·        Si on ne trouve rien, il faudra changer radicalement notre interprétation des données observationnelles et notre compréhension de l’Univers
·        Si on trouve des nouvelles particules, on pourra affirmer que nous avons vu la matière noire « au bout de nos plumes »
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
 
Dark Matter Candidates: A Ten-Point Test par Marco Taoso, Gianfranco Bertone, et Antonio Masiero, document pdf.
 
TeV particles astrophysics (Fermilab) présentation pdf de 5MB
 
Dark Matter: the Connection with Gamma-ray Astrophysics de GF Bertone, pdf de 5MB.
 
Indirect Dark Matter search par GF Bertone, pdf de 9,5MB.
 
 
Sur votre site préféré :
 
Quand l'infiniment grand rencontre l'infiniment petit, les tout premiers instants de l'univers" CR d'une conférence de Patrick PETER
 
Hubble détecte la matière noire
 
L'énigme de la matière noire CR d'une conférence d'Alain Bouquet
 
Au début fut la matière sombre
 
Cartographier la matière noire en 3D.  ***
 
De la matière noire dans les galaxies naines.
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin 
www.planetastronomy.com