LES 4 VÉRITÉS DE BRANE

LES 4 VÉRITÉS DE BRANE

LES PROTONS PERDUS DU BIG BANG ENFIN RETROUVÉS ?

Une partie des protons et des neutrons présents lors du Big Bang manquaient à l'appel, d'après la théorie de la nucléosynthèse primordiale et les observations. Mais les scientifiques sont de plus en plus convaincus de les avoir trouvés, cachés sous forme de noyaux légers, très chauds mais très peu lumineux, dans des filaments de matière, entre les amas de galaxies.

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La théorie de la nucléosynthèse primordiale nous permet d'expliquer les rapports d'abondance de l'hélium et de l'hydrogène dans les étoiles, en moyenne. C'est d'ailleurs un des piliers de la théorie du Big Bang. L'estimation des abondances de deutérium dans les galaxies est sensible à la densité de matière baryonique dans le cosmos observable ; elle est, elle aussi, un sous-produit de cette nucléosynthèse.
C'est pour cette raison que l'on sait qu'il n'y a pas assez de protons et de neutrons dans l'univers pour rendre compte de la masse de la matière noire qui, si elle existe, est forcément formée de particules qui n'ont jamais été observées en laboratoire ou dans les rayons cosmiques (si l'on excepte une petite portion de la matière noire qui est formée des neutrinos peu massifs du modèle standard).
Toutefois, lorsque l'on fait le bilan des protons (et des neutrons) qui sont présents dans les étoiles des galaxies, la matière du milieu interstellaire, et même celle formant le gaz chaud intergalactique qui rayonne en rayons X, le compte n'y est pas. C'est l'énigme de la matière baryonique manquante (qui ne doit pas être confondue avec celle de la matière noire ou encore celle de l'antimatière cosmologique manquante). En fait, environ 30 % de la matière baryonique manque à l'appel (10 % se trouve dans les galaxies et 60 % dans les amas de galaxies, entre celles-ci).

Des filaments de matière entre les amas de galaxies

Les astrophysiciens pensent savoir depuis quelque temps déjà où se trouvent ces baryons. D'ailleurs, ces dernières années, les observations se font de plus en plus convaincantes et précises pour confirmer leurs soupçons, comme Futura l'expliquait déjà dans un précédent article (voir ci-dessous).
Une équipe internationale de chercheurs, comme leurs collègues avant eux, a utilisé les observations dans le domaine des rayons X fournies par le télescope en orbite XMM Newton, de l'ESA, pour mettre indirectement en présence, entre les amas, des filaments de matière baryonique chaude portée à environ un million de degrés. Dirigée par Fabrizio Nicastro, de l'Italian Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) et du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, cette équipe vient de publier dans Nature un article disponible librement sur arXiv.

Des baryons manquants du Big Bang trahis par de l'oxygène

La méthode de détection a consisté à pointer XMM Newton en direction de la source 1ES 1553, distante de plus de 7 milliards d'années-lumière de la Voie lactée. C'est un objet BL Lacertae, c'est-à-dire un type de galaxies actives possédant un quasar, un noyau actif nommé d'après l'objet typique BL Lacertae (le noyau actif d'une galaxie située dans la direction de la constellation boréale du Lézard et découvert en 1929).
En traversant des filaments de matière entre les galaxies et les amas de galaxies, la lumière de 1ES 1553 a produit des raies d'absorption en interagissant avec la matière des amas, en l'occurrence des atomes d'oxygène ionisés. Bien que n'étant pas les constituants principaux de ces filaments, ces atomes ont signalé indirectement la présence des baryons manquants et, surtout, ont permis d'évaluer leur quantité présente.
Cette détection est en bon accord avec les modèles prédisant que ces baryons sont bien dans ce genre de filaments, ce qui renforce la conviction des astrophysiciens pensant que l'énigme des protons manquants du Big Bang est résolue.

Ce qu'il faut retenir

  • La théorie de la nucléosynthèse primordiale nous permet d'estimer la part de la densité de l'univers sous forme de baryons, essentiellement des protons, en mesurant la quantité de deutérium présente dans le cosmos.
  • Les observations indiquent que, sur les 5 % de cette densité sous forme de matière normale, une bonne partie n'est pas sous forme de galaxies et de gaz dans les amas de galaxies.
  • Depuis quelque temps, grâce aux simulations numériques de la formation des grandes structures, les astrophysiciens pensent que la fraction manquante doit se trouver dans des filaments très peu lumineux de gaz chaud, entre les amas de galaxies.
  • Des observations de plus en plus précises et solides, notamment avec les rayons X, accréditent fortement cette hypothèse.

 

SOURCE : FUTURA SCIENCES 28.06.2018



29/06/2018
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