-Une particule qui serait seule dans l'Univers (sans force de gravitation "parasite") se déplacerait en ligne droite.?

Les photos du satellite PLANCK (2015) dévoilent l'Univers. Ce sont actuellement (2018) les plus précises concernant le COSMOS âgé de 13,77 milliards d'années.

Contenu très précisément de :
4,8 % de matière ordinaire.
25,8 % de matière noire (une masse invisible qui ne se manifeste que par sa force gravitationnelle).
69,4 % d'énergie sombre (force énigmatique qui fait enfler l'Univers de plus en plus vite).

Ces données confirment l'expansion de l'Univers.

Plus de 69,4 % du contenu de l'univers est sous forme d'une énergie inconnue, devant laquelle celle équivalente à la masse de la matière composant les étoiles et les cellules de notre corps est une quantité presque négligeable.

Cette énergie mystérieuse, signalant peut-être une nouvelle physique au-delà du modèle standard, a reçu le nom « d'énergie noire ».

La matière visible des amas (le gaz et les galaxies, ces dernières ne représentant qu'une faible fraction de la masse de gaz), ne compte que pour environ 10 % de leur masse gravitante. 21/10/2010 - Par Laurent Sacco.

Selon les cosmologistes, étoiles et galaxies visibles ne peuvent représenter que 1 % de la masse de l'Univers. Le reste serait constitué d'une matière invisible qui n'est perceptible que par son influence gravitationnelle sur la matière visible.

L'accélération de l'expansion de l'Univers mise en évidence serait en fait un événement « récent » dans l'histoire cosmique. L'énergie noire gouvernerait la dynamique de l'Univers depuis quelques milliards d'années.

Avant cette phase, c'est en principe la matière qui dominait cette dynamique, conduisant à la décélération de l'expansion. L'essentielle de cette matière invisible, aussi appelée matière noire, serait d'une nature différente de celle de la matière ordinaire que nous côtoyons.

La théorie du Big Bang, couplée à la relativité générale d'Einstein semble tout expliquer du passé de l'Univers et de son futur. Mais il reste de nombreuses énigmes à résoudre pour que l'observation colle à la théorie.

Voilà pourquoi les chercheurs ont recours à des concepts obscurs comme la matière noire ou l'énergie sombre. Mais il ne faut pas confondre ces deux notions : aussi sombres soient-elles l'une et l'autre, elles n'ont rien à voir.

Une matière invisible : le concept de matière noire est né en 1933. L'astronome suisse Zwicky mesure la distribution des vitesses de certaines galaxies et trouve des vitesses excessivement élevées.

Si élevées qu'une grande quantité de masse doit être présente dans l'amas si on veut expliquer que l'amas ne se soit pas dissocié depuis très longtemps. Cette masse, c'est la matière noire.

De quoi est-elle constituée ? Probablement pas par de la matière ordinaire mais des particules dont l'existence est prédite par la physique des particules, les WIMPs.

Aujourd'hui, les chercheurs ont réussi à cartographier cette matière noire qui représenterait 21 % de la masse totale de l'Univers et tentent de capturer ces fameux WIMPs dans des détecteurs situés sous terre.

Une énergie répulsive :

C'est autre chose. C'est en 1920 qu'Edwin Hubble a découvert ce phénomène : plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne rapidement.

Le taux d'expansion de l'Univers est-il constant ? Non. Les galaxies s'éloignent de plus en plus vite, autrement dit, l'expansion de l'Univers s'accélère.

Cela a été montré notamment par le décalage vers le rouge de la lumière des supernovae : leur luminosité indique leur distance, leur couleur leur vitesse de fuite.

Deux concepts obscurs : Finalement, matière noire et énergie sombre semblent toutes deux expliquer les points obscurs de la structure et de l'histoire de notre Univers.

C'est d'ailleurs pour ces raisons qu'elles ont toutes deux été « inventées ». Toutes deux aussi ne sont que spéculation, jamais directement observées et très controversées. C'est là leur plus grand point commun.

Contrairement à la matière ordinaire, la matière noire n'est pas sensible à la force électromagnétique. De ce fait, elle ne peut absorber, refléter ou émettre de lumière, ce qui la rend extrêmement difficile à détecter.

Les scientifiques n'ont pu déduire l'existence de la matière noire que de l'effet gravitationnel que celle-ci semble avoir sur la matière visible.

La matière noire semble représenter une masse environ six fois supérieure à celle de la matière visible ; elle devrait constituer environ 27 % de l'Univers.

Voilà qui donne à réfléchir : la matière que nous connaissons et qui constitue toutes les étoiles et les galaxies ne représente que 5 % du contenu de l'Univers.

Mais quelle est la nature de la matière noire ? Selon l'une des théories, elle pourrait contenir des particules dites « supersymétriques », particules hypothétiques qui seraient associées aux particules déjà connues du Modèle standard.

Dans l'Univers il y a davantage de grandes galaxies primitives qu'on le pensait. Les petites sont encore largement majoritaires aux âges reculés. Ces géantes accréditent l'idée que la matière noire serait bien à l'origine de la formation des galaxies.

En effet celle-ci accélère les effets de gravité.

Une poignée d'astronomes mettent en doute son existence, et d'autres commencent à prendre cette possibilité au sérieux.

Le problème de la matière noire est la conséquence d'un désaccord entre la masse des galaxies et celle des plus grandes structures cosmiques.

Les constituants de ces systèmes bougent, mais ne s'échappent pas parce qu'ils sont retenus par l'attraction gravitationnelle du reste du système.

Les lois de la physique prédisent quelle quantité de masse est nécessaire pour contrebalancer les mouvements et donc empêcher la dispersion du système.

-- Les particules élémentaires --

* vulgarisation-scientifique.com/wiki/Pages/Les_particules_%C3%A9l%C3%A9mentaires

Le gluon est le boson responsable de l'interaction forte.

Les gluons confinent les quarks ensemble en les liant très fortement. Ils permettent ainsi l'existence des protons et des neutrons, ainsi que des autres hadrons et donc de l'univers que nous connaissons.

Selon la théorie du Big Bang, l'Univers primordial était à une température et une pression telles que les quarks et les gluons devaient être totalement libres (« déconfinés »).

Cet état est dit plasma de quarks et de gluons. Puis, alors que ce plasma se refroidissait, les gluons ont confiné les quarks ensemble, ce qui permet l'existence des protons et des neutrons, ainsi que des autres hadrons.

Une expérience de physique nucléaire et hadronique nommée ALICE vise à étudier ce plasma, pour mieux comprendre la Chromodynamique quantique.

Ce plasma sera produit au LHC (Large Hadron Collider) du CERN, par collisions d'ions lourds (de plomb) à très haute énergie.

Ces collisions devraient produire une température plus de 100 000 fois supérieure à celle qui règne au cœur du Soleil, ce qui devrait en quelque sorte faire « fondre » les protons et les neutrons de la matière, libérant les quarks de l'emprise des gluons et créant un état de la matière encore jamais observé : le plasma de quarks et de gluons.

Un hadron est un composé de particules subatomiques régi par l'interaction forte.

Dans le modèle standard de la physique des particules, ces particules sont composées de quarks, d'anti-quarks et de gluons. Les particules constituant un hadron sont appelées de manière générique partons.

Quatre manières d'interagir :

1 : l'interaction faible, de courte portée, est véhiculée par un boson responsable de certaines formes de désintégration radioactive.

2 : La force électromagnétique est le fait du photon. Responsable des phénomènes électriques et magnétiques, de la lumière et de la chaleur.

Il permet à l'électron de s'associer au noyau. (voir les données sur le Soleil)

3 : L'interaction forte, elle aussi de courte portée, est assurée par les gluons. Ceux-ci lient entre eux les quarks, constituant des neutrons et protons, et maintiennent ces derniers dans le noyau de l'atome.

4 : La quatrième force, la gravitation, n'agit pas, elle, au niveau de l'infiniment petit. Due à la courbure de l'espace-temps, elle est responsable de l'attraction des corps massifs entre eux.

- Les étoiles naines -

Une naine blanche est une étoile de masse comparable à celle du Soleil, mais dont le diamètre est comparable à celui de la Terre. Elle est donc très compacte, et sa densité très forte.

Elle ne produit plus d'énergie et se refroidit lentement. Son cœur est inerte (plus aucune activité nucléaire).

Lors de sa formation, sa température superficielle est de l'ordre de 100 000 K et sa température centrale très élevée.

La décroissance de température, assez rapide au début, est de plus en plus lente. Elle tend à s'équilibrer avec celle du milieu interstellaire, de l'ordre de quelques dizaines de Kelvins, mais il lui faut pour cela des milliards d'années.

Sirius B est une naine blanche visible comme un petit point en bas à gauche de Sirius.

- Étoile naine jaune -

Est une étoile appartenant à la séquence principale de type spectral G et de masse comprise entre 0,7 et 1,0 fois la masse solaire. Les naines jaunes transforment dans leur cœur l'hydrogène en hélium, par un processus de fusion nucléaire.

Le mot « naine » utilisé pour désigner ces étoiles fait référence à leur classe de luminosité V.

Notre Soleil est l'exemple le plus connu de naine jaune. Leur température de surface est de 6 000 °C environ, et leur couleur jaune vif, presque blanc.

La durée de vie d'une telle étoile est d'environ 10 milliards d'années. À la fin de leur vie, ces étoiles se mettent à grossir démesurément, pour devenir des géantes rouges.

Lorsque ceci arrivera au Soleil, il s'étendra jusqu'à engloutir entièrement Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Plus tard il s'effondrera à nouveau sur lui-même, laissant derrière lui une bonne partie des gaz le composant, pour former une naine blanche entourée d'une nébuleuse planétaire.

Environ 10 % des étoiles de la Voie lactée sont des naines jaunes. Parmi les plus notables d'entre elles nous pouvons citer Alpha Centauri A, Tau Ceti et 51 Pegasi.

Les naines rouges seraient de loin les étoiles les plus nombreuses de l'Univers. Les modèles stellaires actuels les décrivent comme entièrement convectives, c'est-à-dire que l'hydrogène est constamment brassé par convection dans l'ensemble de l'étoile de sorte que l'hélium issu de la réaction proton-proton au cœur de l'astre ne peut s'y accumuler.

Les naines rouges pourraient ainsi briller de façon relativement constante pendant des centaines de milliards d'années, c'est-à-dire plusieurs dizaines de fois l'âge de l'Univers, ce qui signifie que toutes les naines rouges actuelles n'en seraient qu'au début de leur existence.

 Étoile naine noire -

Une naine noire est une étoile naine blanche qui s'est suffisamment refroidie pour ne plus émettre de lumière. Aucune étoile de ce type n'a pu être repérée, l'âge de l'Univers étant insuffisant pour qu'une naine blanche ait eu le temps de se refroidir et se transformer en naine noire.

Les naines noires ne devraient pas être confondues avec les naines brunes qui sont, en quelque sorte, des étoiles ratées car elles ont une masse trop faible pour démarrer ou maintenir les réactions de fusion nucléaire qui ont lieu dans les vraies étoiles.

- Étoile naine bleue -

Les géantes bleues sont extrêmement lumineuses, de magnitude absolue -5, -6 ou même moins.

Leur température de 20 000 K ou plus est suffisamment élevée pour qu'une partie non négligeable de l'énergie qu'elles émettent soit dans le domaine de l'ultraviolet, donc invisible à nos yeux.

La majorité des étoiles de ce type se trouvent dans les associations d'étoiles jeunes. Du fait de leur masse élevée, leur durée de vie est très courte, de l'ordre de 10 à 100 millions d'années. Les théories actuelles prédisent que la plupart d'entre elles finiront en supernova.

Certaines des étoiles les plus brillantes visibles dans notre ciel sont des géantes bleues ; par exemple Beta Orionis (Rigel) et Alpha Cygni (Deneb), mais dans l'ensemble, à cause de leur courte durée de vie, les géantes bleues sont assez rares.

- Pulsar -

Il est considéré comme étant une étoile à neutrons, tournant très rapidement sur elle-même et émettant un fort rayonnement électromagnétique dans la direction de son axe magnétique.

Le nom de pulsar vient de ce que lors de leur découverte, ces objets ont dans un premier temps été interprétés comme des étoiles variables sujettes à des pulsations très rapides.

L'axe magnétique d'une étoile à neutrons n'étant en général, à l'instar de la Terre, pas parfaitement aligné avec son axe de rotation, la région d'émission correspond à un instant donné à un faisceau, qui balaie au cours du temps un cône du fait de la rotation de l'astre.

Un pulsar se signale pour un observateur distant sous la forme d'un signal périodique, la période correspondant à la période de rotation de l'astre.

Ce signal est extrêmement stable, car la rotation de l'astre l'est également, toutefois il ralentit très légèrement.

Toutes les supernovas à effondrement de cœur ne donnent pas naissance à des pulsars, certaines laissant derrière elles un trou noir.

Si une étoile à neutrons a une durée de vie virtuellement infinie, le phénomène d'émission caractéristique d'un pulsar ne se produit en général que pendant quelques millions d'années, après quoi il devient trop faible pour être détectable avec les technologies actuelles.

Nébuleuse agitée par le champ magnétique et le rayonnement du pulsar. Image NASA.

Magnétar :

Un magnétar est une étoile à neutrons possédant un champ magnétique extrêmement intense dépassant 10¹⁵ Gauss.

L'origine de ce champ aussi intense serait liée à l'effet dynamo appliqué à des étoiles à neutrons en rotation suffisamment rapide. Une supernova sur dix donnerait naissance à un magnétar.

Le champ magnétique associé à ces étoiles dépasse 10¹¹ teslas, une valeur colossale. À titre de comparaison, le champ terrestre n'atteint qu'environ 50 microteslas.

En rotation rapide, ils émettent un flux intense de rayons X et gamma, avec parfois des bouffées, mais l'énergie stockée dans leur champ magnétique s'épuise en 10 000 ans environ et le rayonnement X s'éteint.

On pense qu'une supernova sur dix laisse un magnétar au lieu d'une étoile à neutrons, quand ce n'est pas un trou noir dans le cas des étoiles très massives.

Un quasar

Un quasar - équivalent à presque étoile - (source de rayonnement quasi-stellaire) est une galaxie très énergétique avec un noyau galactique actif.

Les quasars sont les entités les plus lumineuses de l'Univers.

Bien qu'il y ait d'abord eu une certaine controverse sur la nature de ces objets jusqu'au début des années 1980, il existe maintenant un consensus scientifique selon lequel un quasar est la région compacte entourant un trou noir supermassif au centre d'une galaxie massive.

Leur source d'énergie provient du disque d'accrétion entourant le trou noir.

On pense que les quasars gagnent en puissance par l'accrétion de matière autour des trous noirs supermassifs qui se trouvent dans le noyau de ces galaxies.

Un quasar est composé de trois grandes parties principales :

- Le trou noir supermassif

comportant la quasi-totalité de la masse du quasar (de quelques millions à quelques dizaines de milliards de fois la masse du Soleil).

- Le disque d'accrétion

est le disque formé par la matière qui tombe dans le trou noir. La force de friction engendrée par le frottement des gaz dans le disque génère une forte chaleur.

- Les jets de gaz

qui sont expulsés du disque d'accrétion par les lignes de champs magnétiques du trou noir atteignent une vitesse proche de celle de la lumière.

- Supernova -

Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité.

Vue depuis la Terre, une supernova apparaît donc souvent comme une étoile nouvelle, alors qu'elle correspond en réalité à la disparition d'une étoile.

Elles ont eu et jouent encore un rôle essentiel dans l'histoire de l'Univers, car c'est lors de son explosion en supernova que l'étoile libère les éléments chimiques qu'elle a synthétisés au cours de son existence et pendant l'explosion même, pour être diffusés dans le milieu interstellaire.

De plus, l'onde de choc de la supernova favorise la formation de nouvelles étoiles en initiant ou en accélérant la contraction de régions du milieu interstellaire.

Le processus initiant une supernova est extrêmement bref : il dure quelques millisecondes. Quant au phénomène de la supernova elle-même, il peut durer plusieurs mois.

C'est la raison pour laquelle une supernova se produisant dans notre propre galaxie, voire une galaxie proche, est souvent visible à l'œil nu, même en plein jour.

Plusieurs supernovas ont été décrites à des époques parfois très anciennes ; on interprète aujourd'hui ces apparitions « d'étoiles nouvelles » comme étant des supernovas.

La matière expulsée par une supernova s'étend dans l'espace, formant un type de nébuleuse appelé rémanent de supernova.

La durée de vie de ce type de nébuleuse est relativement limitée, la matière étant éjectée à très grande vitesse (plusieurs milliers de kilomètres par seconde).

La nébuleuse du Crabe est un exemple de rémanent jeune : l'éclat de l'explosion qui lui a donné naissance a atteint la Terre, il y a moins de mille ans.

- La théorie des cordes -

La théorie des cordes est un domaine actif de recherche traitant de l'une des questions de la physique théorique : fournir une description de la gravité quantique, c'est-à-dire l'unification de la mécanique quantique et de la théorie de la relativité générale.

La principale particularité de la théorie des cordes est que son ambition ne s'arrête pas à cette réconciliation, mais qu'elle prétend réussir à unifier les quatre interactions élémentaires connues ; on parle de théorie du tout.

La théorie repose sur deux hypothèses :

Les briques fondamentales de l'Univers ne seraient pas des particules ponctuelles mais des sortes de cordelettes vibrantes possédant une tension, à la manière d'un élastique.

Ce que nous percevons comme des particules de caractéristiques distinctes (masse, charge électrique, etc.) ne seraient que des cordes vibrant différemment.

Les différents types de cordes, vibrant à des fréquences différentes, seraient ainsi à l'origine de toutes les particules élémentaires de notre Univers.

L'Univers contiendrait plus de trois dimensions spatiales. Certaines d'entre elles, repliées sur elles-mêmes, passant inaperçues à nos échelles (par une procédure appelée réduction dimensionnelle).

Les niveaux de grossissements : monde macroscopique, monde moléculaire, monde atomique, monde subatomique, monde des cordes.

- Ondes gravitationnelles -

Trois ondes gravitationnelles ont été découvertes. Pour la première fois et confirmant la relativité générale (Albert Einstein il y a 100 ans), en 2015 et en 2017, ont été enregistrées des vibrations de l'espace-temps se propageant dans tout l'Univers, produites par des déplacements de masses comme lors de la fusion de deux trous noirs.

Il s'agirait de deux astres très compacts, un de 31 fois la masse du Soleil et l'autre 19 fois, à 3 milliards d'années-lumière de nous.

Sur cette image on voit la simulation des deux trous noirs en train de fusionner. Image Sciences et Vie juillet 2017.

À droite, ondes gravitationnelles engendrées par un système binaire. La déformation se produit dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde.

Il y a déjà un moment que des chercheurs ont mis en évidence le fait que l'axe de rotation de la Terre n'est pas tout à fait fixe et dérive au fil des années.

À l'instar d'autres planètes, le mouvement de rotation de notre planète bleue n'est pas parfait et une équipe de la NASA vient d'en identifier trois principaux facteurs.

Depuis le début du XXe siècle, les scientifiques ont pu observer une légère dérive de l'axe de rotation de la Terre.

Si certaines années l'axe n'a pratiquement pas bougé, ils ont constaté qu'il oscillait en moyenne de 10 cm par an. Au total, au cours du siècle dernier, l'axe aurait donc dérivé de plus de 10 mètres.

Une équipe de géologues de la NASA s'est justement penchée sur la question en réalisant une étude qui sera publiée le 15 novembre 2018 dans la revue Earth and Planetary Science Letters.

Les géologues de la NASA expliquent que l'axe de rotation de la Terre est plutôt stable, ce qui n'est pas le cas de la grande majorité des planètes de notre système solaire.

On doit cette stabilité aux forces gravitationnelles qui existent entre la Lune et la Terre.

Toutefois, bien que l'axe de la Terre n'oscille pas aussi rapidement que celui d'autres planètes - comme Mars -, il dérive tout de même.

Le seul facteur qui était connu jusqu'à présent pour l'expliquer était celui du rebond glaciaire.

Les activités humaines encore une fois en cause ?

Les activités humaines sont mises en cause par les chercheurs dans deux des trois processus qui affectent l'axe de rotation.

La première, qui était déjà connue, est celle du rebond glaciaire et est liée à la fonte des glaces.

La perte de glace aux pôles modifie la répartition de la masse, et les sols anciennement comprimés par la glace reviennent petit à petit à leur niveau naturel d'avant la dernière ère glaciaire.

Le second facteur est justement la fonte des calottes glaciaires, dont la masse intègre peu à peu l'océan et fait monter le niveau des eaux.

Le Groenland serait le principal responsable. Les estimations font état de 7 500 gigatonnes de glaces qui auraient fondu et rejoint l'océan.

La troisième raison est la seule qui n'a rien à voir avec les activités humaines. Elle est liée au phénomène de convection mantellique.

Concrètement, il s'agit du mouvement de matière qui a lieu entre le manteau et le noyau de la Terre, et qui a pour résultante le phénomène de tectonique des plaques.

*** Textes venant d'Internet (de plusieurs sites dont Wikipédia) et aussi de la revue « Pour la Science » ou Sciences et Avenir et simplifiés par moi-même.

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