Demandez à Ethan n ° 67: la matière noire contre l'énergie noire
L'univers semble bizarre: l'abondance de galaxies, de nombreux amas, mais il n'y a rien de beaucoup plus grand. Pourquoi est-elle devenue ainsi?
Nous nous préoccupons improbablement de la formation de nos croyances, mais nous trouvons en nous une passion injustifiée pour eux, dès que quelqu'un suggère de nous priver de leur entreprise
- James Harvey Robinson
Bien sûr, la plupart d'entre nous ont des idées sur la façon dont notre univers est devenu tel qu'il est. Mais certains détails, aussi fiables soient-ils scientifiquement, prêtent à confusion. Cette semaine, Tom Anderson me pose une question:La matière noire attire, l'énergie sombre repousse. L'énergie sombre soutient continuellement l'expansion de l'espace entre les galaxies / amas connectés par gravitation, et la vision scientifique actuelle est qu'elle se dilatera, se refroidira pour toujours et tout se terminera par un «gros gel». Mais les systèmes couplés par gravitation ne se dilatent pas, et la force gravitationnelle combinée de la matière sombre et ordinaire est égale ou supérieure à la force répulsive de l'énergie sombre et de l'énergie ordinaire. Pourquoi l'univers s'est-il même étendu après le Big Bang? Pourquoi la matière noire n'a-t-elle pas contrecarré l'énergie noire au début de l'Univers?La question est riche, alors divisons-la en plusieurs parties.
Les principes du travail de l'Univers et la formation de structures, telles que les étoiles, les galaxies et les amas, dépassent les limites de notre expérience quotidienne. S'il est extrêmement simplifié, alors l'Univers consiste à étendre l'espace-temps, et la vitesse d'expansion commence avec une valeur déterminée par la physique de l'inflation cosmique et la fin de la période d'inflation.
Mais le taux d'expansion ne reste pas constant à la fin de l'inflation, car l'Univers est rempli de toutes sortes d'autres formes d'énergie: rayonnement, matière, antimatière, neutrinos, matière noire et une petite quantité d'énergie inhérente à l'espace, connue sous le nom d'énergie sombre. C'est une combinaison de tout cela - changeant avec l'expansion de l'Univers - qui détermine le changement de la vitesse d'expansion dans le temps.
À l'échelle mondiale, si vous prenez l'Univers entier, il recule complètement, ou s'étendra indéfiniment, ou sera à la frontière de ces deux cas - selon le type de rapport de toutes les différentes formes d'énergie présentes dans l'Univers.Dans l'Univers dans lequel nous vivons, tout a l'air de s'étendre pour toujours, et à l'avenir, l'énergie sombre deviendra la force dominante.
Mais cette analyse ne fonctionne pas à toutes les échelles de l'Univers: elle ne décrit le scénario qu'à l'échelle globale. Il dit que dans notre cas à l'avenir, tous les objets qui ne sont pas connectés les uns aux autres par gravité s'envoleront les uns les autres avec accélération.Mais il reste des systèmes reliés par gravité, existant à petite échelle en grandes quantités, à moyenne échelle - avec modération et à grande échelle - rarement, mais trouvés. Et ils se révèlent tous faire partie d'une histoire cosmique.L'Univers n'est pas né parfaitement lisse, avec exactement les mêmes quantités de matière, de rayonnement, de matière noire et d'énergie sombre dans tous les endroits. S'il en était ainsi, l'Univers serait terriblement ennuyeux, la mer idéalement homogène, où tout serait le même partout. Il n'y aurait pas d'étoiles, de galaxies, de planètes, de vides, de personnes, d'animaux, de vie, d'amas, de fils.Au lieu de cela, depuis le tout début des temps, il y a eu des zones dans l'Univers avec une densité augmentée et diminuée à toutes les échelles: petite, moyenne et grande.
La matière noire aide à la croissance des zones à haute densité, et ils peuvent le faire assez rapidement pour s'effondrer en raison de la gravité, en quelques dizaines de millions d'années seulement. Tout se passe comme si de petites sections apparaissaient dans l'Univers avec une densité si élevée que si l'Univers entier était si dense, il se replierait assez rapidement!
Bien sûr, dans de nombreux autres domaines, la densité est inférieure à la moyenne, et ils distribuent leur matière dans les zones de haute densité. Si l'univers entier était le même que ces zones, nous aurions très, très peu d'étoiles, de galaxies et d'amas.Mais c'est précisément cette diversité des conditions initiales dans l'Univers qui nous a permis d'obtenir la diversité de tout ce que nous voyons maintenant. Il y a des gagnants et des perdants dans la bataille spatiale entre la matière noire et l'énergie noire, la gravité avec l'expansion, dans la bataille des structures cosmiques de "traction" et de la "répulsion" cosmique qui empêchent cela.Nous remarquons plus facilement les gagnants car ils émettent et absorbent la lumière visible et la lumière provenant d'autres parties du spectre électromagnétique, conduisent à des lentilles gravitationnelles et parce que la présence de quelque chose est plus facile à détecter que l'absence.
Mais il y a des zones vides qui comptent aussi, et qui sont bien plus que "complètes"! La force totale d'attraction de la matière sombre et ordinaire peut surmonter à la fois l'expansion initiale et la force d'accélération supplémentaire de l'énergie sombre, mais uniquement à petite échelle et à une époque assez précoce.En augmentant l'échelle, nous voyons que la répulsion a plus de victoires, et sur les plus grandes échelles, elle gagne toujours.L'univers s'est d'abord élargi en raison des conditions posées par l'inflation, et la capacité à se replier - grâce à l'attraction gravitationnelle de la matière, de la matière noire, du rayonnement et des neutrinos - n'était suffisante pour des victoires que dans des endroits sélectionnés. L'attraction n'a pas gagné partout, mais seulement dans une minorité de cas, et a perdu en moyenne.C'est pourquoi, en observant notre Univers, nous voyons beaucoup de galaxies dispersées autour de lui, dont beaucoup sont rassemblées en groupes et en grands amas, et à grande échelle, elles sont alignées le long des lignes. Mais ces groupes, composés de milliers de galaxies et s'étendant sur des centaines de millions d'années-lumière, sont très probablement la plus grande des structures liées à la gravité. À plus grande échelle, toutes les structures sont temporaires et la présence d'énergie sombre finira par les éloigner.S'il y avait un peu plus de matière noire dans l'Univers - 1/10 de 24 de plus - elle reculerait il y a des milliards d'années. Pendant très longtemps, il a été précisément équilibré - avec la gravité, quelque part gagnant localement, quelque part perdant - mais maintenant, lorsque l'énergie sombre a commencé à prévaloir, nous voyons que son effet va prévaloir. Il triomphera à la fin, à la plus grande échelle, et pour tout ce qui n'a pas été lié par la gravité au cours des sept premiers milliards d'années de la vie de l'Univers.Merci pour la merveilleuse question, et j'espère que l'explication a été claire pour vous et les autres. Envoyez-moi vos questions et suggestions pour les articles suivants.Source: https://habr.com/ru/post/fr395785/
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