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La "masse manquante" ne manque pas

 
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glevesque
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PostPosted: 28/10/2005 00:16:29
Salut

Source : http://www.ping.be/gravitation/astrod7.html

Quote:
La "masse manquante" ne manque pas !


Grande énigme cosmologique, cette "masse cachée" désigne la matière invisible
que recèlerait l'Univers. Une étude de l'ESO vient de conclure à son abondance.


L'expression "masse manquante" est presque passée dans le langage courant et d'ailleurs pour être utilisée mal à propos. Par contre, en astrophysique, elle désigne quelque chose de bien précis et qui est même l'une de ses plus grandes énigmes.

De quoi est fait l'Univers ? Quel est le type de matière le plus répandu ? Combien y en a-t-il ? Comment cette matière est-elle répartie ? Ces questions restent centrales en cosmologie.

La masse est la quantité de matière contenue dans un corps matériel, ainsi la masse d'une étoile, ainsi la masse d'une galaxie, ainsi la masse de l'Univers. Quand on parle de "masse cachée" ou de "masse manquante", on désigne la matière invisible que recèlerait l'Univers et dont l'étude dynamique des galaxies laisse supposer la présence. Il nous faut aujourd'hui admettre qu'une grande partie de la matière contenue dans l'Univers est "sombre", c'est-à-dire invisible avec les instruments d'observations actuels.

Les données astrophysiques contemporaines laissent penser qu'il se pourrait bien que les neuf dixièmes de la masse de l'Univers échappent aujourd'hui à l'observation. La "masse cachée" serait constituée, au moins en partie et sous plusieurs formes, de "matière noire". Celle-ci se répartirait à l'intérieur et autour des galaxies.

Ces questions relatives à la "masse manquante" sont évidemment étroitement liées à celles concernant la structure globale et l'évolution de l'Univers puisque cette masse a nécessairement contribué à l'évolution des structures cosmiques telles que nous les connaissons aujourd'hui.

Qui dit structure de l'Univers, dit galaxies. Chaque galaxie contient plusieurs centaines de milliards d'astres de dimensions, de luminosités diverses. On constate que les galaxies s'organisent selon un petit nombre de familles possédant une forme bien définie. Parmi celles-ci, la structure spirale semble la plus répandue. Plus de la moitié des galaxies brillantes, telle que la nôtre, possède une telle structure.

Une étude des galaxies spirales, menée à l'ESO (Organisation Européenne pour des Recherches Astronomiques dans l'Hémisphère Austral) depuis presque une décennie, vient d'aboutir à d'étranges conclusions relatives à la présence de matière obscure dans l'Univers. (1) Elles ont des conséquences directes sur ce problème de la "masse manquante".

L'atlas ESO


C'est en 1972 que l'ESO a entamé la production du premier atlas photographique moderne du ciel austral. Depuis, ce sont plus de 1.200 plaques photographiques grand format qui ont été réalisées en lumière bleue au télescope Schmidt de 1m de l'ESO à La Silla au Chili. Les 606 meilleures d'entre elles constituent le matériel de base de l'"ESO Quick Blue Atlas of the Southern Sky" terminé en 1980. Cet atlas montre des objets jusqu'à cent fois plus faibles que les précédents et, comme on pouvait l'espérer, il fut l'occasion de nombreuses découvertes.

Un catalogue de plus de 16.000 galaxies brillantes, d'amas stellaires (agglomération d'étoiles de même âge au sein d'une galaxie) et de nébuleuses galactiques a été réalisé par l'astronome suédois Andris Lauberts et publié par l'ESO en 1982. Il contient la première classification systématique par type (elliptiques, spirales, irrégulières) de galaxies du ciel austral.

Là ne s'arrête pas la performance. En 1982, le même Andris Lauberts et l'astronome hollandais Edwin Valentijn s'attelaient à une tâche bien plus ambitieuse. Aidés d'un microphotomètre de haute précision au centre de l'ESO à Garching (RFA), ils entreprirent de mesurer les images de quelque 15.647 galaxies du fameux catalogue.

Ils effectuèrent ensuite le même travail sur des plaques rouges obtenues également au télescope Schmidt de l'ESO. Leur but était clair : transformer les images en séries de nombres et les enregistrer sur ordinateur de manière à constituer une base de donnée.

Copiée sur disques optiques, elle permet l'affichage instantané des images bleues ou rouges des galaxies étudiées et constitue donc un formidable outil dans de multiples recherches astronomiques. A l'aide de programmes spécifiques, chaque galaxie a été automatiquement analysée et classée selon son type, sa brillance, sa couleur, sa taille, son orientation, etc... Chaque galaxie est ainsi caractérisée par au moins deux cents paramètres différents.

Galaxies spirales opaques


Ce long rappel n'est certes pas inutile. Comme le précise l'ESO, des résultats nouveaux et excitants ont été obtenus par Edwin Valentijn à partir de l'étude de 9.381 galaxies spirales reprises dans ce répertoire ainsi constitué.

En premier lieu, Valentijn analysa la distribution de l'intensité en chaque point des galaxies, et ce, en fonction de leur inclinaison sur le plan du ciel, depuis l'image prise de face où ces galaxies apparaissent comme de belles spirales, jusqu'à la vue de profil où elles ont l'aspect d'un fuseau.

A partir de cette relation, il est possible de déduire l'opacité, c'est-à-dire la façon dont les galaxies absorbent la lumière qui les traverse. Il s'agit de la diminution que subit l'intensité du rayonnement émis par une galaxie lors de son trajet entre la source émettrice et l'observateur.

Et c'est ici que survint la surprise et une surprise de taille ! Contrairement à l'idée admise selon laquelle les galaxies spirales sont assez transparentes, l'astrophysicien hollandais constata qu'elles sont, en fait, très opaques et qu'elles contiennent donc, par voie de conséquence, beaucoup plus de nuages de matière interstellaire que ce qui était admis.

Il faut se rappeler qu'un nuage interstellaire ou nébuleuse est une vaste concentration de matière interstellaire dans laquelle la matière est présente sous forme de molécules. Leur masse, très variable, peut atteindre 10 exposant 6 fois celle du Soleil. La densité y dépasse en général plusieurs centaines de molécules par centimètre carré et peut même atteindre un milliard de molécules par centimètre carré. C'est au sein de ces nuages étudiés par la radioastronomie millimétrique (2) et l'astronomie infrarouge que naissent les étoiles (3). A l'évidence, la lumière des étoiles pénètre difficilement de tels nuages.

La confirmation qu'il s'agit bien de nuages moléculaires est venue d'une comparaison avec des mesures faites par le satellite infrarouge IRAS, mesures indiquant que ces nuages sont très froids, tels que ceux que l'on observe dans notre propre Galaxie.

Notons que mis en orbite en 1983, IRAS a étudié, durant plus d'un an, 98 % de la sphère céleste dans une large gamme de longueurs d'onde infrarouges.

Ces nuages sont trop froids et sombres pour être vus directement, mais l'on sait, à partir des études dans notre Galaxie, qu'ils sont constitués, en majeure partie, d'hydrogène moléculaire (H2) lui-même très difficilement observable.

Manquante ou pas manquante ?


Comme le rappelle le document de l'ESO, la masse d'une galaxie spirale peut être déterminée par l'étude détaillée des mouvements de ses étoiles, amas d'étoiles ou nuages de gaz (ceux qui sont observables par l'émission de l'hydrogène atomique, par exemple). Plus les mouvements sont rapides, plus massive est la galaxie.

De nombreuses mesures de ce type ont mis en évidence le fait que la masse était bien plus grande que celle obtenue par une autre méthode qui consiste à additionner les masses des étoiles et de la matière interstellaire visibles. C'est à partir de cette constatation qu'on en est arrivé à la conclusion qu'une grande partie de la masse n'était pas visible. De là l'expression de "masse manquante".

Les tentatives d'explication furent nombreuses. Certains chercheurs avancèrent que les galaxies devaient être entourées de halos géants de gaz très chauds, non détectables par les instruments que nous possédons actuellement. D'autres ont proposé que cette fameuse masse résultait de la présence de particules élémentaires exotiques comme les neutrinos ou encore des "cordes cosmiques".

Mais si les spirales contiennent bien plus de matière interstellaire que ce que l'on pensait, peut-être qu'alors n'y a-t-il pas de "masse manquante" du tout.

Pour essayer de le vérifier, Valentijn et l'astronome espagnol Ignacio Gonzalez-Serrano se sont mis à étudier une demi-douzaine des galaxies spirales parmi celles qui présentaient le plus grand déficit de masse. Dans chaque cas, ils ont pu montrer que la "masse manquante" est exactement égale à celle des nuages obscurs décelés par l'analyse de l'opacité. Conclusion : il n'y aurait donc plus lieu de parler de "masse manquante".

Le problème est-il résolu définitivement pour autant ? Loin s'en faut. Il y aurait lieu d'étudier plus en détail la composition des nuages moléculaires des galaxies spirales dans les ondes radio et, plus particulièrement, le monoxyde de carbone. Ce qui est important, c'est que le travail réalisé par Valentijn indique à suffisance qu'il n'est pas nécessaire de faire appel à des théories exotiques pour trouver une explication à la masse manquante.

Il est à retenir que le problème de la "masse manquante" existe aussi dans les galaxies elliptiques et les amas de galaxies, mais ces objets n'étaient pas inclus dans l'étude en question.

La Voie Lactée


Notre Galaxie, la Voie Lactée, est l'exemple type d'une galaxie spirale. Dès lors, l'étude voulait qu'on mette aussi "son nez dans son assiette", qu'on examine ses recoins susceptibles d'opacité et qu'on aille voir ce qu'il en est de la "masse manquante" dans notre banlieue galactique.

Pour ce faire, Edwin Valentijn a fait appel, une nouvelle fois, à l'ordinateur et a répertorié pas moins de 60.000 galaxies très faibles, situées dans les mêmes directions, mais de beaucoup plus éloignées que les 16.000 précédentes. Un simple comptage de tous ces objets révèle que beaucoup plus de galaxies sont dénombrées au-dessus du plan de la Galaxie (hémisphère galactique nord) qu'à son opposé et cela,
avec une proportion de 60 %.

Il existe deux explications possibles à ce phénomène. Ou bien la distribution des galaxies dans l'espace n'est pas homogène dans un endroit de l'Univers mais cela suppose que l'Univers n'est pas uniforme dans une fourchette comprise entre un et deux milliards d'années de lumière, ce qui n'est guère en accord avec les recherches cosmologiques contemporaines.

Ou alors cette différence trouve son origine dans la position du Soleil par rapport au plan de la Galaxie (à environ 40 années de lumière au nord de ce plan).

Dans cette hypoth£se, si la Voie Lactée est aussi opaque que les galaxies spirales de même type, il faut conclure que que l'absorption interstellaire dans notre Galaxie est plus significative au sud qu'au nord et, que, de ce fait, on observe plus de galaxies lointaines au nord qu'au sud. Cette conclusion est en accord avec l'hypopthèse selon laquelle notre Galaxie est plus opaque que ce que l'on imaginait.

De nouvelles observations, particulièrement dans l'hémisphère austral, à l'aide du télescope millimétrique SEST de l'ESO à La Silla, devraient permettre de clarifier la situation et corroborer, avant tout autre chose, la thèse réaliste selon laquelle la "masse manquante" ne manque pas.

La dernière conférence internationale en date sur la cosmologie physique qui s'est tenue début septembre À Blois , organisée par le théoricien français Tran Thanh Van et qui réunissait plus de deux cents participants dont le Prix Nobel Robert Wilson, n'a laissé aucun doute sur l'intérêt de l'étude de l'Univers noir. La traque de la "masse cachée" aura bien lieu.

Pierre Bastin


Gilles
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Manatane
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PostPosted: 28/10/2005 01:21:08
Vraiment très très intéressant Smile Merci! Wink

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Rama
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PostPosted: 28/10/2005 03:50:30
Maintenant, est-il possible d'imaginer que des planètes habitées soient invisibles avec nos appareils ?
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C’est une sotte présomption d’aller dédaignant et condamnant pour faux ce qui ne nous semble pas vraisemblable. (Montaigne)




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pingus
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PostPosted: 28/10/2005 19:13:15
Quote:
Maintenant, est-il possible d'imaginer que des planètes habitées soient invisibles avec nos appareils ?


Tu veut dire dans notre propre galaxie ? la matiere sombre occulterait des planetes qui en realité sont toutes "proches" de nous ?

Quote:
D'autres ont proposé que cette fameuse masse résultait de la présence de particules élémentaires exotiques comme les neutrinos ou encore des "cordes cosmiques".


Donc on en revient aux supercordes, se pourrait il que cette masse "sombre" contiennent justement de multiples dimensions ? Surprised Smile
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Bien le bonjour Surprised Salut Surprised


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glevesque
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PostPosted: 28/10/2005 19:36:39
Salut

Quote:
Donc on en revient aux supercordes, se pourrait il que cette masse "sombre" contiennent justement de multiples dimensions ?
Selon l'article, il ni aurait pas justement de matière sombre, et que la courbe croissente non conforme des champs gravitationnelle des galaxies, seraient duent par une densité matériel beaucoup plus importante de se qu'on le croyait au-par-avant !

Le retoure du bon sens quoi !

Et en plus cela a des conséquences directe sur l'hypothèse de l'expension accélérer de l'Univers et qui sait, on assiste peut-être a la remonté des différents modèles évolutionnismes "Quasi Stationnaire".

Ouppps ! je me suis échapper quelque peut là ! Razz

Gilles
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