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30 juin 2016 4 30 /06 /juin /2016 09:49

Le modèle standard de la cosmologie en questions.

Il a suffi de quelques mois depuis le début de 2016 pour que soit sérieusement considéré un questionnement important et multiple qui remette en cause la conception dominante du modèle standard de la cosmologie.

Lorsqu’il fut publié, le 11/02/2016, la première détection d’ondes gravitationnelles sur les interféromètres Virgo, il fut en conséquence, en même temps, publié l’existence dans l’univers de trous noirs de tailles intermédiaires (quelques dizaines de masse solaire). C’était aussi une première ! Alors, il fut rapidement conjecturé que ces trous noirs pouvaient être des trous noirs primordiaux et qu’il y aurait une densité non négligeable de ces objets par unité de volume de l’univers tel que nous pensons le connaître. Si cette hypothèse est avérée cela signifie qu’un taux de détection de ces trous noirs peut être projeté. Cela signifie peut-être aussi que nous avons découvert une des composantes de la partie noire dans l’univers que nous avons dénommé jusqu’à présent matière noire et qui n’a jamais été détectée en tant que telle malgré plus de 30 années de recherche. Cette hypothèse s’est imposée rapidement en mars et des publications allant dans ce sens ont été soumises à la communauté scientifique.

Toutefois ces premiers articles sont peu précis car ils évoquent l’hypothèse que ces trous noirs primordiaux pourraient être cette matière noire jamais détectée mais ils maintiennent toujours l’idée de celle-ci dans sa constitution en particules élémentaires car elle est un pilier de la genèse du cosmos post big-bang avec l’hypothèse de la formation des puits de potentiel qui assurent la formation des grumeaux de la matière baryonique. Ainsi on peut lire : « Le spectre de ces masses, et donc les abondances de trous noirs primordiaux reliques dans l’univers, dépendent des conditions de la naissance du cosmos observable. Ce spectre reste inconnu mais des contraintes peuvent être posées, par exemple en étudiant les fluctuations du rayonnement fossile, les grandes structures formées par les amas de galaxies… et la matière noire. En effet, ces trous noirs primordiaux sont des candidats naturels pour expliquer l’existence d’au moins une partie (sic) de celle-ci puisqu’ils ne rayonnent pas. » Cette hypothèse des trous noirs est viable si leurs masses sont comprises entre environ dix et cent masses solaires, ce qui semble le cas. Au-delà de cent masses solaires on estime que l’on pourrait, et que l’on aurait déjà dû les détecter grâce à leurs effets lentilles gravitationnelles. Ce qui n’a jamais été le cas jusqu’à présent.

Le 15 juin il y eut une belle coïncidence, à la fois l’annonce d’une 2e détection de la coalescence de 2 trous noirs de l’ordre de dix masses solaires, ce qui va dans le sens de ce qui est écrit ci-dessus. Mais il y eut aussi la publication d’un article « Est-ce que le détecteur d’onde gravitationnelle a trouvé la matière noire ? », dans le ‘Physical Review letters’, présentée par 8 physiciens de l’université Johns Hopkins. Dans ce papier, d’après les calculs entrepris depuis février, ces chercheurs confirment que les objets détectés par Ligo cadrent par leurs masses à ce qui est attribué à celles des trous noirs primordiaux. « Il a été considéré que les trous noirs primordiaux se seraient formés, non pas à partir d’étoiles, mais par la fusion de larges nuages étendus de gaz pendant la naissance de l’univers. Cette idée avait été laissée de côté car aucune détection de ces objets n’avait confirmé cette hypothèse. La découverte de Ligo, replace dans l’actualité cette hypothèse. Spécialement puisque les objets détectés sont conformes à la masse prédite pour la matière noire. Prédictions faites dans le passé en accord avec les conditions à la naissance de l’univers et qui auraient prévues une grande quantité de ces trous noirs primordiaux régulièrement distribués dans l’univers, se regroupant en halos autour des galaxies. Tout ceci rend crédible l’hypothèse que nous tenons de bons candidats de la matière noire. » Ici, il est proposé que cette grande quantité de trous noirs se substitue à la totalité de cette fameuse hypothétique matière noire granulaire représentant 25,9% de ce qui compose l’univers. Cela est plus net que ce qui est suggéré dans l’article précédent que j’ai cité mais les physiciens prennent une précaution : « Nous ne proposons pas que ceci est la matière noire, nous n’allons pas parier notre maison sur ce sujet, ceci est avant tout un argument plausible. »

Comme on le constate les choses évoluent à tâtons, mais une fissure importante est ouverte dans le scénario prédominant, depuis quelques décennies, du Big-Bang et de la genèse de l’univers. Une autre fissure pas du tout négligeable est nouvellement constatée et auscultée, fissure provoquée par le constat que la vitesse d’expansion de l’univers ne serait pas celle établie par l’équipe du satellite Planck et publiée en janvier 2015, soit 68 km/s/Mpc. Précisons tout de suite que cette évaluation (Planck et précédemment par WMAP) correspond à une expansion après le Big-Bang. Au début juin, une publication très fiable rend compte que l’univers a une vitesse d’expansion de l’ordre de 5 à 9% plus grande que celle évaluée précédemment. Précisons tout de suite que cette nouvelle évaluation correspond à une mesure bien au-delà du Big-Bang. Etant donné que cette nouvelle évaluation est fiable, cette découverte constitue une indication sérieuse qu’il faut proposer un scénario par lequel un raccordement de ces deux vitesses d’expansion est plausible et vérifiable. Il est extrêmement probable qu’il faut réévaluer voire remettre en cause ces énigmatiques 95% de composants sombre de l’univers, soit la matière noire et l’énergie sombre.

La première possibilité pour expliquer cette nouvelle valeur de la vitesse d’expansion, est de considérer que l’énergie sombre, présentement considérée responsable de l’accélération de l’expansion, pousserez les galaxies les unes des autres avec une force plus grande ou croissante.

La deuxième possibilité est de considérer que le cosmos contient de fait une nouvelle particule subatomique dans sa genèse primordiale et qui se déplace à une vitesse voisine de celle de la lumière. De telles particules sont désignées comme des éléments de ‘radiation noire’ et incluraient par exemple les neutrinos (sic). Plus d’énergie provenant d’un supplément de radiation noire serait a priori le plus évident pour expliquer la moindre vitesse d’expansion au tout début de l’univers.

L’accroissement de l’accélération peut aussi signifier que la matière noire possède une étrange propriété totalement inattendue.

Finalement, la vitesse plus grande d’expansion de l’univers peut aussi nous dire que la théorie de la gravité d’Einstein est incomplète.

Revenons sur cette hypothèse de radiation noire et de sa source qui pourrait être un ou des neutrino(s) différent(s) de ceux déjà identifiés. Quelle est la phénoménologie que cela induirait ? La proposition provisoire consiste à considérer que de la masse piégée à la vitesse voisine de la lumière, véhiculée par exemple par le neutrino stérile, ce serait refroidie rapidement au début de l’expansion, perdant de l’énergie et donc perdant de l’influence attractive (n’oublions pas que dans la loi de la R.G. le tenseur qui représente l’intensité de la force de gravitation est le tenseur matière-énergie). Donc en prenant en compte ce supplément d’énergie variant (diminuant) au cours de l’univers primordial on prend en compte que l’attraction gravitationnelle perd de son intensité au cours de l’expansion primordiale. Le frein à cette expansion faibli. Avec ce scénario on peut valider les deux valeurs distinctes de la vitesse d’expansion, celles-ci se raccordant progressivement au cours de l’évolution du cosmos.

De plus le neutrino stérile pourrait avoir une utilité supplémentaire concernant une autre énigme à propos du déficit de la quantité du lithium observée dans le gaz primordial. Ce déficit n’est pas négligeable (de l’ordre d’un tiers manquant par rapport à la quantité normale prévue) et pour l’expliquer on formule l’hypothèse que l’action de ce neutrino stérile serait la cause de ce déficit. Je ne développe pas plus car ce n’est pas essentiel aujourd’hui.

Que penser de cette inclusion d’un ou des neutrinos pour expliquer cette différence de la vitesse d’expansion entre des périodes de l’évolution du cosmos ? On pourrait penser que c’est une explication opportuniste car les propriétés des neutrinos sont tellement mal connues que l’on peut les caser dans de nombreux scénarios qui comblent nos ignorances provisoires. Cela me conduit à rappeler que de tout temps je prétends qu’il faut penser en terme de la physique des neutrinos et non pas de propriétés physiques des neutrinos. Selon moi, les neutrinos sont les vecteurs d’une physique à découvrir, à comprendre, et non pas vecteurs de la physique du modèle standard. Cette conception alternative est exposée dès la présentation de mon blog le 8/10/2011.

Dans les explications récentes, il est supposé qu’un neutrino serait la source de la radiation noire, cela laisse entendre que celui-ci se déplacerait à une vitesse voisine de celle de la lumière sans pour autant la dépasser. Mon hypothèse est que les neutrinos ne sont pas contraints par la relativité restreinte, ils n’ont pas de masse d’inertie et le fait qu’ils sont des particules avec une masse mais sans charge les différencient des autres particules du modèle standard. Voir article du 14/10/2015 : ‘Nouveau prix Nobel pour les neutrinos.’

En résumé, le modèle standard de la cosmologie connaît depuis peu des fissures significatives et prometteuses qui vont nous conduire vers une révision profonde de celui-ci. Ce fameux big-bang va devenir de moins en moins justifié jusqu’à ce que l’on conçoive un univers bien plus vaste, plus multiple, et la physique à comprendre des neutrinos nous fournira des clés favorables à ce déploiement. Nous allons changer de cosmogonie, celle relative au modèle standard actuel s’est appuyée sur une origine. Nous allons la dissoudre et la projeter au-delà car l’être humain a toujours besoin d’une origine pour poser sa pensée afin qu’elle se déploie et fertilise de nouvelles hypothèses et de nouvelles conclusions jusqu’à ce qu’elles deviennent contradictoires et superflues.

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