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Planck : enfin les résultats de 2014

Je n’ai pas donné de nouvelles depuis un moment, mais j’ai beaucoup écrit pour Planck néanmoins !

Les résultats de la mission complète, y compris en polarisation étaient promis pour 2014. On y est, mais ca a été plus long et difficile que prévu. Et on garde les données de l’instrument haute fréquence en polarisation pour 2015, sauf à 353 GHz où ce n’est pas le rayonnement fossile mais l’émission des poussières froides de notre Galaxie qui domine. Ce n’est pas de l’égoïsme, c’est du « sérieux » : on a besoin d’encore un peu de travail pour être totalement sûr de livrer des données et des résultats fiables. Le niveau d’exigence est tel que c’est pas si facile, en fait … et le résultat mérite a priori ces efforts.

Région de Polaris vue à 353 GHz par Planck-HFI
Région de Polaris vue à 353 GHz par Planck-HFI

Un collègue (Marc-Antoine Miville-Deschenes à l’IAS) produit ces images somptueuses qui ont rencontré un certain succès (ici ou) bien mérité !

Mais il faut chercher dans la précision accrue des mesures du rayonnement fossile les quelques pépites déjà disponibles : les neutrinos fossiles et la matière noire.

On ne s’étend pas aujourd’hui sur l’inflation : les résultats de 2013 sont confortés, et on attend la publication de l’article collaboratif Planck/BICEP2 pour revenir sur le sujet. C’est prévu aussi pour 2014, donc pour bientôt … En tout cas le « draft » est fini.

Ce qui est le plus fascinant, je trouve, ce sont ces 19 pics pour 6 paramètres. Ce n’est pas très idéal médiatiquement peut-être, pas plus que les contraintes sur les neutrinos ou la matière noire d’ailleurs, mais c’est magnifique. Le modèle « simple » de la cosmologie, avec 6 pauvres paramètres, rend parfaitement compte d’une immense quantité d’information : la température et la polarisation scalaire sur tout le ciel sur une gamme d’échelles angulaires couvrant trois ordres de grandeur … On peut tester les hypothèses du modèle précisément et tout colle. Il n’est aucunement besoin de faire appel à un ingrédient non prédit par le modèle standard de la physique des particules ou de la cosmologie (ce dernier incluant constante cosmologique et matière noire stable, qui ne sont pas dans le modèle standard de la physique des particules en revanche). Bien-sur on n’exclut pas totalement la possibilité d’une quatrième famille de neutrinos, on n’exclut pas du tout une matière noire qui s’annihilerait. Le champ des possibles, vu par les théoriciens, est immense et en croissance permanente. Le champ des possibles, vu par les observateurs, se restreint car les mesures sont de plus en plus précises. C’est une combinaison de vraisemblable,  probable,  possible, envisageable, improbable … Mais on progresse inéluctablement. Des réponses solides deviennent les bases de nouvelles questions légitimes. Le pré-Big-Bang par exemple, j’aime bien …

Crédits : ESA-collaboration Planck
Carte en température et spectres en température TT , polarisation scalaire EE, et information croisée température/polarisation TE. Ce sont les mêmes 6 paramètres qui conduisent aux 3 courbes rouges qui ajustent les 19 pics des données expérimentales. Crédits : ESA-collaboration Planck

Il y aura le 22 décembre, a priori, les articles Planck soumis et en ligne, les données correspondantes disponibles, et une belle image du rayonnement fossile polarisé faite par l’ESA et la collaboration Planck. Notre cadeau de Noël (en plus des chocolats).

En attendant, un point complet est disponible ici sur futura-sciences !

Pourquoi autant de méfiance face à la matière noire ?

L’annonce des résultats de Planck en mars dernier incluait “26% de l’énergie de notre univers aujourd’hui est sous forme de matière noire (avec une précision de l’ordre du pour-cent)”. Que la matière noire soit source de questions, c’est bien normal ! Mais elle a souvent été lors de conférences sujet de questions provocatrices (soit), sceptiques (soit …) voire soupçonneuses, quand ce n’était pas agressives. J’ai donc été amenée à réfléchir à la meilleure réponse – enfin pas trop mauvaise en tout cas, pour les matièrenoirosceptiques.

L'expérience zen d'un voyage au cœur d'un tableau de Pierre Soulages
L’expérience zen d’un voyage au cœur d’un tableau de Pierre Soulages

Soit on mesure mal …

Les chercheurs ne “croient pas” en la matière noire. Il y a des observations en contradiction avec la loi de la gravité (newtonienne, même pas la peine de faire appel à Einstein). Donc soit les mesures sont fausses, soit la loi est fausse, soit on relie mal les paramètres de la loi (ici la masse) aux mesures. Les mesures se sont largement affinées au cours de ces dernières dizaines d’années et le “problème” apparait à l’échelle des galaxies, des amas de galaxies, des grandes structures. Difficile d’imaginer que tout le monde se trompe alors que les résultats sont cohérents.

Soit c’est la faute d’Einstein …

Modifier la loi de gravité est très tentant. Après tout, Einstein a corrigé Newton pour les vitesses proches de celle de la lumière, pourquoi ne pas imaginé une modification qui aurait un effet aux très grandes échelles de distance, aux échelles “astronomiques” à proprement parler ? Plusieurs modifications ont été proposées mais aucune n’explique vraiment les observations des galaxies aux échelles cosmologiques. Et puis il y a eu l’amas du Boulet. Deux galaxies sont récemment rentrées en collision, on observe la distribution de matière ordinaire en rayon X, on déduit la distribution de masse totale par effet de lentille gravitationnelle. L’essentiel de la masse n’est pas là où on voit la matière ordinaire. Or c’est incompatible avec une modification de la loi ! Il existe des subtilités qui permettent de s’en sortir avec quand même un peu de matière noire mais l’élégance de cette solution a pris un coup quasi-fatal.

Soit on ne connait pas !

Reste l’interprétation : la masse “vue”, quel que soit le domaine de longueur d’ondes exploré, n’est qu’une petite partie de la masse “nécessaire” aux équations. Quelle est alors la nature de cette matière sombre ? Il y a une vingtaine d’années, on pouvait remplir notre galaxie de matière ordinaire car les erreurs sur la densité de matière baryonique (produite peu après le Big-Bang) et sur la masse nécessaire pour expliquer les vitesses des étoiles loin du centre galactique le permettaient. Ce n’est plus le cas. Il y a une vingtaine d’années la matière noire pouvait être “chaude” car on n’avait pas de simulations et d’observations des grandes structures assez fiables pour trancher. Le neutrino, particule non-baryonique qui a une vitesse très proche de celle de la lumière, était un candidat fort intéressant. Ce n’est plus le cas.

Aujourd’hui on calcule précisément la quantité de matière noire nécessaire pour expliquer les observations, on “voit” (indirectement) où elle est, on connait certaines de ses propriétés (neutre, sans interaction avec la lumière), mais on ignore toujours sa nature exacte (bien que de très nombreux modèles théoriques existent !) – on sait juste qu’elle doit être différente que ce qui compose les étoiles et nous, le gaz et les planètes.

Quand la lumière nous montre le noir
Quand la lumière nous montre le noir

Il ne faut pas croire que les chercheurs “veulent” de la matière noire, on rêvait plutôt de mettre en évidence une faille dans ce modèle ! Trouver une alternative à la nécessité de la matière noire était très très excitant. Mais non, les observations nous disent que l’ensemble est cohérent à l’unique condition de la présence (massive) de matière noire. Alors 13.8 milliards d’années deviennent limpides, plus limpides en tout cas.

Il est difficile de saisir l'ensemble, ce n'est pas une raison pour détourner le regard.
Il est difficile de saisir l’ensemble, ce n’est pas une raison pour détourner le regard.

Mais pourquoi est-ce impensable pour certains au point de mettre en doute (sans aucune connaissance permettant une critique légitime) les résultats d’années de travail de centaines de personnes ?

C’est finalement incroyablement “prétentieux”. Pourquoi ce qui n’est pas “comme nous” est donc si suspect ? Pourquoi ce que nous ne voyons pas avec nos yeux est donc impensable ?

Pourtant on a découvert que les ondes radio ou les rayons X sont tout autant de la lumière que ce que la photosphère du Soleil nous envoie : nos yeux ne voient pas tout. Pourtant on a découvert le neutrino par de la masse manquante, c’est une particule du modèle standard certes mais ses propriétés sont bien étranges pour un humain !

Il semble qu’il faille bien admettre que l’univers contient de la masse essentiellement sous une forme qui nous est étrangère et, pour l’instant, inaccessible. C’est une mauvaise nouvelle pour notre égo : non seulement nous sommes le centre de rien du tout mais en plus nous sommes fait d’une matière quasi-insignifiante à l’échelle du cosmos. Ce n’est pas une raison pour abandonner ! Le défi n’en devient que plus pimenté : comprendre le cosmos sculpté par la matière noire avec notre cerveau de matière ordinaire.