vendredi 7 décembre 2012

Tellement plus qu'un Atom ...


«Oubliez ça. Je n'ai pas eu cette chose en moi où je voulais briser contre quelqu'un et de regarder les briser. J'étais trop sensible pour cela et n'aimait pas être de nature délicate. "- Josh Brolin
Comment pouvez-vous comprendre ce que quelque chose est fait? Vous démontez - le casser ouvert si nécessaire - et regarder à l'intérieur. C'est quelque chose que nous avons fait depuis ... eh bien, car avant que nos ancêtres étaient encore humain.

Images de crédit: Elisabetta Visalberghi.
Pour la plupart des choses ici sur Terre, c'est assez facile. Si vous voulez aller dans les moindres échelles possible, cependant, il devient de plus en plus difficile de "craquer" les choses ouvertes. Pour examiner de très petites structures microscopiques, vous avez besoin quelque chose comme un faisceau focalisé d'électrons de haute énergie pour les sonder.

Crédit image: Facilité Dartmouth Electron Microscope, Dartmouth College.
Pour examiner même les plus petites échelles, à la sous-moléculaire, sub-atomique, et même sous-échelle nucléaire, vous devez aller à des accélérateurs de particules de plus en plus énergiques, et des détecteurs de collisionneurs pour y arriver.

Crédit image: L'Ecole de physique et d'astronomie de l'Université d'Edimbourg.
En sachant ce qui se passait à l'intérieur et l'examen de ce qui en sort, on peut reconstituer à un niveau extraordinaire de précision exactement ce qui s'est passé à chaque étape du chemin. A la fin de la journée, nous apprenons non seulement ce qui se passe à l'intérieur de ces particules subatomiques, mais ce que les particules fondamentales qui composent ce que nous appelons la «matière» sont, ainsi que les interactions qui les régissent.

Crédit image: Fermilab, modifiée par moi.
Mais qu'en est-il des plus grandes structures liées dans l'Univers? Plus grand que les planètes, les étoiles, les systèmes solaires, les amas d'étoiles ou des galaxies entières, même, je parle des amas de galaxies, où n'importe où de quelques-uns des milliers de grandes galaxies sont groupées par la force irrésistible de la gravité. Quels sont ceux fabriqués à partir de?

Crédit image: Dean Rowe, de l'amas de Coma de galaxies.
Vous pourriez penser que naïvement ils sont faits d'étoiles, et bien sûr que c'est une partie de l'histoire. C'est la seule partie de l'histoire que vous voyez, mais il est loin d'être toute l'histoire. Parce que nous savons comment travailler étoiles - de l'intérieur dehors - lorsque l'on mesure la quantité totale de lumière à travers un grand nombre de différentes longueurs d'onde d'une galaxie, nous pouvons calculer combien de masse est dans ces galaxies en forme d'étoiles. Nous appellerons ce nombre, la masse des étoiles dans un amas de galaxies, M *.
Mais il ya une autre façon de mesurer la masse, et c'est en consultant d'gravité. Nous avons un tas de façons différentes de mesurer la masse gravitationnelle d'un amas de galaxies, allant de la masse déduite par l'intermédiaire de dynamique gravitationnelle (en regardant la vitesse des galaxies membres individuels) à lentille gravitationnelle , où la lumière d'arrière-plan est déformée en raison de la présence d'intervenir masse. Cela vous donnera le montant total de la masse gravitationnelle de la grappe: nous l'appellerons M G.

Crédit image: Bell Labs / Lucent Technologies, ainsi que Tony Tyson et al. / New York Times.
Eh bien, que supposez-vous qui se passe lorsque l'on compare M à M * G? Si les étoiles sont responsables de toute la masse de ces clusters, ces deux nombres seraient égaux pour chaque groupe. Mais non seulement sont-ils pas, ils sont même pas proche! En fait, dans presque tous les groupes que nous avons de bonnes mesures d', M G est environ 50 fois plus grand que M *.

Crédit image: distribution de masse dans le cluster CL0024, extraites du projet LSST.
Ce qui est encore plus spectaculaire, c'est que, d'après Big Bang Nucleosythnesis - les abondances mesurées par rapport prédit d'hydrogène et d'hélium dans l'Univers jeune - le montant total de protons, de neutrons et d'électrons (c'est à dire, toute la matière normale dans l'Univers) est seulement environ 7 ou 8 fois plus grand que M * est mesurée à l'être. En d'autres termes, non seulement la plupart de la matière dans l'Univers n'est pas dans les étoiles, ce n'est même pas le même type de matière que nous connaissons existe!
Et les mesures gravitationnelles ne mentent pas, ils sont une conséquence directe de la théorie de la relativité d'Einstein. Voici comment cela fonctionne .

Crédit image: Mike Hudson. Cette page de recherche disponible à http://mhvm.uwaterloo.ca/.
La proximité galaxies / grappe amène la lumière à partir de tous les objets se trouvant derrière lui pour être pliés et déformés de manière très spécifique (et dépendant de la masse) passant, connu sous le nom de cisaillement . Lorsque nous regardons un amas de galaxies, ou tout autre objet massif avec des sources de lumière derrière elle, nous pouvons en déduire la fois l'ampleur et la répartition de la masse d'une manière très simple en faisant cette mesure.
Un exemple très connu - dans une image que vous pouvez ne pas reconnaître - est illustré ci-dessous.

Crédit image: Douglas Clowe et al.
Vous pouvez clairement voir les deux grosses grappes de galaxies (gauche et droite), et la reconstruction de masse (en contours) qui les entoure. Sans surprise, la masse suit les deux amas de galaxies, et c'est là que la lumière est plié.
Mais ce que cette image ne ​​montre pas, c'est que ces deux groupes ont tout récemment (en termes cosmiques, en tout cas) sont entrés en collision, et ce qui arrive quand deux groupes entrent en collision? Eh bien, rappelez-vous, ils sont environ 15% du gaz et des étoiles de 2%, et le reste de ce mal comprise "matière noire". Tout comme deux tours d'oiseau abattu à feu simultanément à l'autre, les étoiles elles-mêmes seront pour la plupart passent par un autre sans entraves, mais le gaz devrait splat ensemble comme deux petites boules de pâte à crêpes, en rose, ci-dessous.

Crédit image: NASA / CXC / M. Weiss.
La matière sombre, en bleu sur la simulation ci-dessus, doit circuler librement à travers tout, rester liée aux étoiles qui sont passés à travers aussi bien à droite. Ce qui est merveilleux, c'est que lorsque deux petites boules de gaz smack ensemble à ces vitesses, elles se réchauffent suffisamment pour émettre des rayons X, ce que le Chandra X-ray télescope peut détecter! Si l'on combine les données réelles mesurées de ce groupe - connu sous le nom de cluster Bullet - de Chandra, Hubble et effet de lentille gravitationnelle, voici ce que nous trouvons.

Crédit image: X-ray: NASA / CXC / CfA / M.Markevitch et al; Lensing Map:.. NASA / STScI; ESO WFI; Magellan / U.Arizona / D.Clowe et al; optique: NASA / STScI; Magellan / U.Arizona / D.Clowe et al.
Il ya donc matière noire, parce que les étoiles ne peut pas être responsable de la masse, et le gaz (qui est plus de la masse normale) n'est pas là où la plupart de la gravitation est!
Mais un cluster n'est pas la preuve, ce qui est la science, et qui doit être répété! Donc, je peux pointer vers un autre cluster à un stade différent de la collision et de la fusion: le Pôle balle de mousquet!

Crédit image: NASA / CXC / STScI / UC Davis / W.Dawson et al.
Une bonne séparation des gaz émettant des rayons X et les étoiles + matière noire, nous sommes bien ici. Mais qu'en est-il d'une collision beaucoup plus compliqué? Jetons un coup d'oeil à Abell 520, connu familièrement comme le Pôle Formation épaves.

Crédit image: Optique / Lensing par la NASA / CXC / CFHT / UVic. / A. Mahdavi et al.
Cela pourrait effectivement avoir un problème! Il est difficile de dire à partir de l'image ci-dessus, mais si nous avons examiné de près à l'optique, lenticulaires, et X-ray composants séparément, ce que nous trouvons, c'est que la matière lumineuse (étoiles) existe en touffes, les rayons X bouquet dans le centre, mais la lentille gravitationnelle se produit à la fois autour des étoiles - où on ne l'attend - et aussi autour des rayons X, où l'on ne s'y attend pas!

Crédit image: NASA, ESA, CFHT, CXO, MJ Jee et A. Mahdavi.
Ceci, si elle est vraie, poserait un gros problème pour les théories classiques de la matière noire! Quand j'ai écrit à ce sujet avant , j'ai constaté que c'était un vrai casse-tête qui nécessitait une attention sérieuse accordée à celui-ci.
«Ce résultat est un casse-tête», a déclaré l'astronome James Jee, de l'Université de Californie, Davis, responsable de l'étude de Hubble. "La matière noire ne se comporte pas comme prévu, et il n'est pas évident effacer ce qui se passe. Les théories de la formation des galaxies et la matière noire doit expliquer ce que nous voyons. "
Heureusement pour nous, une grande attention a été accordée à lui, par une équipe dirigée par Douglas Clowe , l'un des experts sur la reconstruction de masse et de lentille gravitationnelle. Résultats?

Crédit image: D. Clowe et al. (En haut), J. Jee et al. (En bas).
Les résultats de lentille nouveaux (avec de nouvelles données du télescope composites) trouver presque exactement les mêmes résultats pour la distribution de masse comme les anciens résultats. Il ya juste une grosse différence, et cette différence est incroyablement significatif.
De D. Clowe et al. (c'est moi qui souligne en gras):
Nous ne détecte pas le déjà demandé «noyau sombre" qui contient excès de masse sans surdensité galaxie significative à l'emplacement du plasma aux rayons X. Ce pic a été suggéré d'être le signe d'une grande auto-interaction section transversale de la matière noire (au moins ~ 5σ plus grande que la limite supérieure de 0,7 cm 2 g -1 déterminée par l'observation de la grappe puce). Nous ne trouvons aucune indication et au lieu de trouver que la distribution de masse des A520, après soustraction de la masse rayons X plasma, est en bon accord avec la distribution de luminosité des galaxies de l'amas. Nous concluons que A520 montre aucune preuve contredisant l'obscurité sans collision Peu importe le scénario.
Comme je vous l'ai dit chaque fois que nous avons examiné en profondeur à tout problème perçu avec le modèle standard de la cosmologie matière noire, Dark Matter gagne parce que ça marche!

Crédit image: Scorpion Fatality Gmod par ~ dromadich de DeviantART, texte de moi.
Il n'y a plus prolifique atome-smasher (et smasher la matière noire) que l'Univers lui-même. Si nous voulons apprendre ce qu'il fait, tout ce que nous avons à faire est de regarder et d'écouter ce qu'il nous dit à propos de lui-même. Et ce qu'il nous dit - à chaque tour -, c'est que la matière noire est réel, il est là, et elle est partout.

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