Matière noire froide - Cold dark matter

En cosmologie et en physique , la matière noire froide ( CDM ) est un type hypothétique de matière noire . Les observations indiquent qu'environ 85% de la matière dans l' univers est de la matière noire, avec seulement une petite fraction étant la matière baryonique ordinaire qui compose les étoiles , les planètes et les organismes vivants. Le froid fait référence au fait que la matière noire se déplace lentement par rapport à la vitesse de la lumière , tandis que l' obscurité indique qu'elle interagit très faiblement avec la matière ordinaire et le rayonnement électromagnétique .

La nature physique du MDP est actuellement inconnue, et il existe une grande variété de possibilités. Parmi eux se trouvent un nouveau type de particules massives à interaction faible , des trous noirs primordiaux et des axions .

Histoire

La théorie de la matière noire froide a été initialement publiée en 1982 par James Peebles ; tandis que l'image de la matière noire chaude a été proposée indépendamment en même temps par J. Richard Bond , Alex Szalay et Michael Turner ; et George Blumenthal , H. Pagels et Joel Primack . Un article de synthèse en 1984 par Blumenthal, Sandra Moore Faber , Primack et Martin Rees a développé les détails de la théorie.

Formation de structures

Dans la théorie de la matière noire froide, la structure se développe de manière hiérarchique, les petits objets s'effondrant d'abord sous leur propre gravité et fusionnant dans une hiérarchie continue pour former des objets plus grands et plus massifs. Les prédictions du paradigme de la matière noire froide sont en accord général avec les observations de la structure cosmologique à grande échelle .

Dans le paradigme de la matière noire chaude , populaire au début des années 1980 et moins maintenant, la structure ne se forme pas hiérarchiquement ( bottom-up ), mais se forme par fragmentation ( top-down ), les plus grands superamas se formant d'abord en feuilles plates en forme de crêpe. et par la suite se fragmenter en morceaux plus petits comme notre galaxie la Voie Lactée .

Depuis la fin des années 1980 ou 1990, la plupart des cosmologistes privilégient la théorie de la matière noire froide (en particulier le modèle Lambda-CDM moderne ) comme description de la façon dont l' univers est passé d'un état initial lisse aux premiers temps (comme le montre le rayonnement de fond cosmique micro-ondes ) à la distribution grumeleuse des galaxies et de leurs amas que nous voyons aujourd'hui - la structure à grande échelle de l'univers. Les galaxies naines sont cruciales pour cette théorie, ayant été créées par des fluctuations de densité à petite échelle dans l'univers primitif ; ils sont maintenant devenus des blocs de construction naturels qui forment des structures plus grandes.

Composition

La matière noire est détectée par ses interactions gravitationnelles avec la matière ordinaire et le rayonnement. En tant que tel, il est très difficile de déterminer quels sont les constituants de la matière noire froide. Les candidats se répartissent grosso modo en trois catégories :

  • Particules massives à interaction faible (WIMP). Il n'existe actuellement aucune particule connue avec les propriétés requises, mais de nombreuses extensions du modèle standard de la physique des particules prédisent de telles particules. La recherche de WIMPs implique des tentatives de détection directe par des détecteurs très sensibles, ainsi que des tentatives de production de WIMPs par des accélérateurs de particules . Les WIMPs sont généralement considérés comme l'un des candidats les plus prometteurs pour la composition de la matière noire. L' expérience DAMA/NaI et son successeur DAMA/LIBRA ont prétendu avoir détecté directement des particules de matière noire traversant la Terre, mais de nombreux scientifiques restent sceptiques car aucun résultat d'expériences similaires ne semble compatible avec les résultats de DAMA.

Défis

Plusieurs divergences entre les prédictions du paradigme de la matière noire froide des particules et les observations des galaxies et de leur regroupement sont apparues :

Le problème du halo cuspy
Les distributions de densité des halos de matière noire dans les simulations de matière noire froide (du moins celles qui n'incluent pas l'impact de la rétroaction baryonique) sont beaucoup plus pointues que ce qui est observé dans les galaxies en étudiant leurs courbes de rotation.
Le problème des satellites manquants
Les simulations de matière noire froide prédisent un grand nombre de petits halos de matière noire, plus nombreux que le nombre de petites galaxies naines observées autour de galaxies comme la Voie lactée .
Le problème du disque des satellites
Les galaxies naines autour de la Voie lactée et les galaxies d' Andromède sont observées en orbite dans des structures planes minces alors que les simulations prédisent qu'elles devraient être distribuées de manière aléatoire autour de leurs galaxies mères.
Problème de morphologie galactique
Si les galaxies grandissaient hiérarchiquement, alors les galaxies massives nécessitaient de nombreuses fusions. Les fusions importantes créent inévitablement un renflement classique . Au contraire, environ 80% des galaxies observées ne montrent pas de tels renflements, et les galaxies géantes à disque pur sont monnaie courante. Cette fraction sans renflement était presque constante pendant 8 milliards d'années.

Certains de ces problèmes ont proposé des solutions, mais il reste difficile de savoir s'ils peuvent être résolus sans abandonner le paradigme du MDP.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires