Géo le curieux

Cet article est plus détaillé. Je résume. On y apprend que lors des survols à basse altitude de Rosetta (10 à 30 Km) les images à haute résolution ont permis de caractériser ces cavités qui font de quelques dizaines à quelques centaines de mètres de diamètre et jusqu’à 210 m de profondeur.Certaines de ces cavités sont clairement associées à des jets de matière. Des jets semblent provenir de zones fracturées dans les parois des cavités. Les cavités les plus actives sont les plus marquées. Les plus irrégulières sont inactives, sans doute en cours de comblement. On présume que la phase d’effondrement à l’origine de la formation de ces cavités serait responsable des soudaines bouffées d’émissions de matière comme observé sur les comètes. On expliquait difficilement ce phénomène jusqu’à maintenant.

Le passionnant feuilleton des communications avec Philae se poursuit, merci pour les détails qui permettent de le suivre presque en direct. Pendant ce temps Rosetta poursuit ses observations et l’on analyse en parallèle les données recueillies dont de fabuleuses photos. Elles ont fait l’objet d’une analyse géomorphologique portant sur des cavités ressemblant à des dolines, étude signalée par jfleouf le 3 juillet. Pour ceux que cet aspect intéresse, mais ne maîtrisent pas bien l’anglais, je me suis essayé à une traduction ci après :« Des cavités ont été observées sur plusieurs noyaux cométaires cartographiés par des sondes spatiales. On a envisagé et débattu du fait que ces cavités sont la marque d’une activité interne, plutôt que de cratères d’impact comme ceux que l’on trouve sur la surface des planètes ou des astéroïdes. Des expériences d’impact et les modélisations ne peuvent pas reproduire les formes de la plupart des cavités observées sur les comètes, et les taux de collision prévus impliquent que peu de ces cavités sont liées à des impacts. D’autres mécanismes comme une activité explosive ont été envisagés, mais le processus à l’origine reste inconnu. Nous rapportons ici que les cavités sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko sont actives, et probablement créées par une processus type doline, peut-être accompagné par des explosions. On envisage qu’après leur formation, les cavités augmentent lentement de diamètre, suite à l’action de la sublimation qui entraîne un retrait de leur contour. En conséquence, les cavités sont caractéristiques du degré d’érosion de la surface. La surface fraîche d’une comète devra avoir une structure irrégulière avec de nombreuses cavités, alors qu’une surface évoluée aura un aspect plus lisse. La taille et la répartition des cavités impliquent l’existence d’un grande hétérogénéité dans la composition et les propriétés physiques et structurelles et de la première centaine de mètres sous la surface actuelle de la comète. »

Oullala ! J.C. Villame... un remarquable scientifique effectivement fort peu académique. Je connaissais les Bogdanov mais pas celui-là. Vous avez dû bien rigoler !

Désolé, c’est rebutant et affreusement compliqué et ça manque de belles images. Ce qui est intéressant ce sont les conclusions. Il n’y a pas que la théorie MOND ou la matière noire qui pourraient expliquer ce qui est interprété comme des anomalies de la gravitation.

À Tournesol, suite à sa remarque sur le « patchwork » de la science. Je sais, Triphon, la science devient de plus en plus en plus complexe, à l’image sans doute de la nature, et il devient de plus en plus difficile de la comprendre. Les articles de vulgarisation ne suffisent pas. C’est pourquoi je vais parfois dans des forums pour chercher des informations supplémentaires auprès de gens qui s’y connaissent mieux que moi. Je suis curieux, je suis comme ça.Quant à la cohérence du patchwork de la science, en cosmologie en particulier on est en droit de se poser des questions. Nos grandes théories cosmologiques actuelles sont essentiellement basées sur la théorie d’Einstein et la théorie quantique. L’une comme l’autre sont très complexes et encore assez mal comprises par certains aspects et présentent des paradoxes assez difficilement explicables. Des théoriciens logiciens ont démontré que ces deux théories étaient incompatibles. Je ne sais pas exactement pourquoi mais leur conclusion ne semble pas être remise en cause. D’autres ont appliqué à la théorie d’Einstein la logique mathématique quantique et ont trouvé que le temps disparaissait alors. Plus de problème sur la relativité du temps, il n’existe plus (d’un point de vue quantique). Mettez ces deux théories à priori incompatibles et parfois paradoxales dans le Big-bang, mélangez et vous aurez une explication à l’origine du monde qui pour rester cohérente nécessite en plus une incroyable période « d’inflation ». Cette période d’inflation échappe à toutes les lois de la physique connues ce qui n’empêche pas certains d’aller y chercher, à l’aide d’ondes gravitationnelles théoriques prévues par Einstein qui auraient été émises à ce moment là, une explication à un certain mode de polarisation dans la lumière du fond diffus cosmologique émise 300 000 ans plus tard et détectée plus de 13 milliard d’années après. On nous présente ensuite ça comme une preuve de la cohérence du modèle (ou de l’existence des ondes gravitationnelles encore jamais détectées, au choix).Moi, quand je vois ça, j’ai beaucoup de mal à y croire !Et il m’arrive de douter de la rigueur logique de certains scientifiques, sans doute un peu noyés dans le complexe patchwork des connaisses actuelles et à la recherche avant tout de publications sensationnelles avant les autres. Beaucoup semblent appliquer des recettes mathématiques préétablies, mettent ça dans de gros ordinateurs, et prennent pour argent comptant le résultat obtenu sans trop se soucier du pourquoi et du comment on obtient ça.Pour ce genre de raisons, j’ai du mal à croire, en l’état actuel de nos connaissances, à cette hypothèse de la matière noire.La théorie d’Einstein, pas plus que la théorie quantique ne sont « des lois fondamentales de la nature ». Ce sont des théories à usage pratique (c’était l’opinion de Niels Bohr un des fondateur de la théorie quantique), validées parce qu’elles marchent bien sur Terre, à notre échelle, et sont utiles, mais elles n’ont pas nécessairement une valeur universelle.

En cherchant à me renseigner sur « la méthode d’évaluation » des vitesses orbitales dans une galaxie, je tombe sur cette étude de J.C Villame « Mécanisme causal de la vitesse de rotation des bras spiraux de la Galaxie »(2011). Cette étude, assez sophistiquée avec des arguments d’ordre dynamique et de répartition de densité (en gros), semble justifier les vitesses observées dans les bras galactiques sans qu’il y ait un manque de masse. On y fait aussi passage une déduction assez logique qui intuitivement avait été la mienne, celle d’une grande instabilité gravitationnelle au centre (sans qu’on y envisage d’y mettre un trou noir). http://jcvillame.free.fr/Mecanisme%20causal%20de%20la%20vitesse%20de%20rotation%20des%20bras%20spiraux%20de%20la%20Galaxie.pdf.

ChiCyg, merci de me répondre. C’est en effet curieux cette quasi constance des vitesses de rotation sans lien formel bien défini avec le rapport des masses concernées. MOND en fait une loi issue de l’observation.Formellement le problème de l’équilibre gravitationnel d’une galaxie s’apparente au problème à N corps et n’a donc pas de solution analytique. Les lois qui régissent le comportement de quelques corps deviennent parfois très différentes et imprévisibles quand elles concernent un grand nombre. Je ne connais pas la « méthode d’évaluation » qui permet de faire des estimations. Beaucoup d’études ont dû porter sur la question vu l’importance que prend ce sujet actuellement en astronomie avec la chasse aux WIMPS ou « matière noire » et avec les logiciels utilisés pour simuler les rencontres de galaxies. Ces simulations ont l’air de donner des résultats assez réalistes, mais aussi assez voisins selon qu’on ajoute de la matière noire ou applique la loi MOND. Ces simulations ont donc une certaine « plasticité » qui dépend des algorithmes utilisés (des approximations) et des conditions initiales retenues, tout autant que des paramètres physiques mis en jeu. Un passionnant feuilleton astronomique à suivre, qui remet en cause des certitudes que l’on croyait acquises…Il me semble que dans les habituelles lois de Newton, le problème réside dans la densité et la cohésion des corps concernés. La masse ne suffit pas à les caractériser exactement vis-à-vis de l’intensité de la force gravitationnelle et de ses effets dans l’espace comme dans le temps. À l’échelle d’une galaxie, cette densité varie en même temps qu’elle évolue (concentrations locales, créations d’étoiles…). La question soulevée par Frédogoto sur le rapport entre les masses et les vitesses orbitales montre également que pour deux corps ces vitesses dépendent du rapport des masses entre ces deux corps et du référentiel du centre de masse commun considéré pour caractériser le mouvement. À l’échelle d’une galaxie plus rien de tel ne peut être clairement défini et change sans cesse.

Je vois que le problème fait débat dans le monde scientifique.Que Superfulgur se rassure, je n’ai aucun mépris pour les spécialistes de la relativité bien au contraire. Je me suis intéressé à la théorie de la relativité avant que les lentilles gravitationnelles soient découvertes et confirmées par les observations astronomiques. Ce n’était alors qu’une prédiction théorique. On fut un peu surpris à l’époque de pouvoir en observer d’aussi beaux et nombreux exemples, mais les moyens de calcul d’alors ne permettaient guère de les relier à la masse de l’objet déformant comme on semble savoir le faire maintenant.« Ca ne vous vient pas à l'esprit que les chercheurs puissent penser et tenir compte de tout cela ? » s’interroge Tournesol. J’y ai pensé, mais les chercheurs n’évoquent jamais ce genre de considération dans leurs articles de vulgarisation et j’aimerais en connaître le détail, c’est pourquoi je soulève la question sur ce genre de forum (Le diable se cache souvent dans les détails). Merci à ceux qui peuvent me renseigner.ChiCyg m’apporte des éléments de réponse dans un autre forum sur la matière noire, je le cite :« c'est un problème très difficile de reconstituer la répartition de masse avec un ensemble d'arcs gravitationnels. C'est un "problème inverse" qui a une infinité de solutions et pour la résolution duquel il faut poser toute une série d'hypothèses. C'est encore plus difficile que la reconstitution d'images en interférométrie ! Les "lentilles gravitationnelles" donnent d'ailleurs des résultats joyeusement contradictoires dans les collisions d'amas ... »

Merci ChiCyg. Ça c’est la façon dont on mesure les vitesses apparentes avec nos télescopes. La question que je me pose et de savoir comment on compare ensuite ses vitesses avec celles qu’elles devraient être pour en conclure que les étoiles périphériques tournent trop vite. Autrement dit, comment calcule-t-on, en théorie, la vitesse que les étoiles devraient avoir en tournant autour d’une galaxie ? Mais cette question sort du débat initié par Frédogoto, j’aurais dû la poser ailleurs.Pour Frédogoto, il est amusant de savoir que dans la station orbitale, si l’on se tient debout les pieds tournés vers la Terre, ces derniers auront tendance à tourner plus vite que la tête puisque leur orbite est un peu plus petite. L’effet est négligeable et imperceptible pour les astronautes, mais il est bien utile quand il s’agit de réaliser une rencontre orbitale entre deux vaisseaux. Si l’on se trouve sur la même orbite derrière un autre vaisseau, les deux vont à la même vitesse puisque l’orbite est la même. Comment rattraper le vaisseau qui est devant vous ? Contrairement à l’intuition et à ce que l’on fait sur Terre, il faut commencer par freiner. Cela a pour effet de vous faire descendre sur une orbite plus basse où l’on tourne plus vite. Vous rattrapez donc le vaisseau par dessous. Peu avant d’arriver juste en dessous, vous accélérez, ce qui vous fais remonter à son niveau et à sa vitesse si vous avez bien dosé votre accélération et au bon moment. Rendez-vous spatial réussi.

Je serais curieux de savoir sur quelles bases théoriques est calculée la répartition de la matière noire à partir de l’arc gravitationnel visible autour de l’amas. Je présume que l’on tient compte de chacune des galaxies qui le compose, mais qu’en est-il de la distance entre elles, de leurs vitesses relatives, de la trajectoire et du temps mis par la lumière pour aller de l’une à l’autre dans ce champ de déformations d’espace-temps bosselé à géométrie variable ? Le temps que cette lumière traverse l’amas, l’objet d’arrière-plan s’est déplacé et n’est plus exactement dans le même axe de visée et la position relative des galaxies composant l’amas a également changée. Cela doit sérieusement compliquer les calculs. Je doute que l’on en tienne compte, pas plus qu’Einstein n’a envisagé ce cas de figure dans sa théorie et ses équations qui sont déjà bien assez complexes sans cela à partir d’un référentiel fixe et ponctuel et non pas multiple et variable dans l’espace comme dans le temps. Peut-être, dans ce cas de figure, y a-t-il un effet cumulatif de la « déformation » résultante sur la lumière, comme des ondes en phase. Un même type d’incertitudes sur les rapports exacts de causes à effet qui se cumulent dans leurs effets sur la lumière ?Il me semble que l’on procède à une extrapolation de la théorie, hors de son cadre rigoureux, et à une approximation dans les calculs. Dans ces conditions il est peut-être un peu hasardeux, à de telles distances astronomiques, d’en tirer de subtiles conclusions sur des effets d’interaction de la mystérieuse matière noire avec elle-même.Curieusement l’article de l’Eso conclut dans le dernier paragraphe par ces mots : « Considérés simultanément, les résultats issus de ces deux études permettent, pour la toute première fois, « d'encadrer » le comportement de la matière noire. La matière noire interagit davantage que prévu, mais moins qu'attendu ».Davantage que prévu, mais moins qu’attendu… ??? Voilà le comportement de la matière noire bien « encadré » !

Toutes nos lois sont des artifices, inventés par l’homme pour mieux comprendre la nature. Cela n’a rien de péjoratif comme a l’air de le penser Superfulgur. Quant à la matière noire, elle est totalement invisible, tout comme les trous noirs.Quand on « regarde » les loupes gravitationnelles induites pas des amas de galaxies, ce que l’on « voit », à l’aide de savants calculs, c’est que ça ne colle pas avec les prévisions d’Einstein et nos actuelles lois de la gravitation. Comment l’expliquer ? Avec de la matière noire par exemple, mais on peut aussi se permettre de douter de la validité, ou de la précision, de nos lois de la gravitation appliquées à cette formidable échelle cosmique et tenter de trouver d’autres explications.Kepler a mis des années de vaines tentatives et laborieux calculs avant d’arriver à trouver ses trois lois qui permettent de rendre compte des mouvements des planètes dans le ciel. Il n’a pas cherché que dans une seule direction avec une seule hypothèse. Il a dû remettre en cause les hypothèses qui prévalaient à son époque (des mouvements circulaires, une « propriété fondamentale » que l’on attribuait à la nature). Ses lois de la gravitation, complétées par Newton, s’appliquent bien à notre échelle terrestre et la précision de nos mesures, mais elles ne collaient plus pour expliquer la période de l’orbite de Mercure à l’échelle du système solaire. Ses lois ne sont pas « une propriété fondamentale de la nature » mais seulement une bonne approximation et n’étaient pas rigoureusement exactes. Einstein y a apporté un correctif sans avoir recours à de la matière noire, mais sa théorie implique l’existence de trous noirs associés à de très forts champs de gravitation (ou une très grande densité de matière). Cette théorie est basée sur un référentiel inertiel théorique et s’avère pertinente et exacte sur Terre. Or nous ne sommes pas dans un référentiel inertiel. Elle n’a donc qu’une valeur relative à ce référentiel, le nôtre avec son champ gravitationnel associé et sa densité de matière qui sert de référence, et sa précision ou exactitude n’est pas nécessairement universelle. En particulier dans des gradients gravitationnels associés à des échelles de rapports entre l’espace, le temps et les masses très différents du nôtre comme dans l’espace inter sidéral autour des galaxies ou des amas de galaxies.Un peu de relativité aide à la réflexion. Einstein a introduit une nouvelle unité de mesure de temps et/ou d’espace avec la valeur de c. Si l’on se trompe sur la valeur exacte du temps, on se trompe alors aussi sur l’espace et réciproquement et en conséquence sur le rapport qui relie ses notions à celle des masses dans nos lois de la gravitation. Il conviendrait peut-être, comme on le fait fort pertinemment en physique quantique, d’introduire en astrophysique des principes d’incertitudes relatives.

Et dans une galaxie spirale, qui tourne autour de quoi, à quelle vitesse et par rapport à quoi ?

La « matière noire » n’est qu’un artifice théorique pour faire coller l’interprétation que l’on fait de nos observations avec les lois de la gravitation : celles de Newton-Kepler, corrigées par Einstein. Les principales divergences sont les suivantes :Les étoiles périphériques des galaxies semblent tourner trop vite et dans certains amas de galaxies ceux-ci semblent s’attirer davantage que la masse visible permet de le calculer . Par ailleurs, les déformations, type « loupe gravitationnelle », prévues par la théorie d’Einstein s’avèrent plus importantes que la masse visible des galaxies qui en seraient à l’origine permet de le calculer. Dans tous les cas il manque de la masse, il en manque beaucoup. De savants calculs permettent de faire la « cartographie » (la répartition dans l’espace) de cette masse manquante et de déterminer la quantité nécessaire pour que les observations collent avec nos lois de la gravitation. Comme cette masse manquante est totalement invisible et très mystérieuse on l’a qualifiée de « matière noire ».Dans la théorie de l’expansion de l’Univers (ou « Big-Bang »), la gravitation s’oppose à cette présumée expansion. Comme on rajoute une grosse quantité d’hypothétique matière noire, pour que l’expansion puisse avoir lieu, il faut aussi ajouter une quantité équivalente d’énergie ayant l’effet contraire (pour repousser la matière alors que la gravitation l’attire). C’est « l’énergie sombre » (ou « noire »), tout aussi mystérieuse et hypothétique que la « matière noire ». Actuellement, question certitudes pour notre matière grise, à ces échelles cosmologiques on est dans le « noir ».Il me semble plus logique (comme le fait par exemple de façon empirique la théorie « Mond ») de remettre en cause la pertinence de nos lois de la gravitation à l’échelle des galaxies plutôt que de rajouter, tiré du chapeau, ces pharamineuses quantités de totalement énigmatiques et mystérieuses « matière noire » et « énergie sombre ». Nos lois de la gravitation sont établies dans le système solaire avec le Soleil, objet central très massif servant de référentiel. On n’est plus dans le même cas de figure avec les galaxies où interagissent gravitationnellement entre elles plus d’étoiles qu’il n’y a de secondes ou de mètres contenus dans c. La théorie d’Einstein permet d’estimer la déviation des rayons lumineux autour d’un objet central bien défini, ce n’est pas le cas des galaxies et des amas qui ont des formes diffuses et évoluent dans le temps, tout comme évoluent également dans le temps les objets d’arrière plan déformés et notre propre position et angle de point de vue quand on en reçoit la lumière. Un problème de relativité complexe, associé à des rotations, que nos théories trop simplistes ne parviennent pas encore à expliquer, ou interpréter.Une réflexion du même type, pourrait également remettre en cause l’interprétation actuelle (un banal effet Doppler Fizeau linéaire dans la ligne de visée) du décalage vers le rouge des fréquences de la lumière perçue des objets lointains à l’origine de la théorie du Big-Bang.