Cycles d'extinctions sur Terre : la théorie Matière Noire
Une étude publiée récemment sur http://arxiv.org/abs/1403.0576 annonce une nouvelle théorie sur un probable cycle de cataclysmes/extinctions dans le système solaire. Cette nouvelle théorie est une suite logique aux précédentes études des intéressés, deux physiciens théoriciens de l’université Harvard, Lisa Randall et Matthew Reece, qui avaient proposé qu’une petite partie de la matière noire était constituée de particules issues d’une physique encore plus exotique que celle des neutrinos stériles. Contrairement aux autres particules de matière noire qui ne peuvent pas interagir entre elles, ou très peu, autrement que par la force de gravité, elles ne formeraient pas un halo autour des galaxies, mais un second disque à l’intérieur de celui constitué de matière normale. Certaines théories des cordes prédisent par exemple l’existence d’une sorte de monde miroir du nôtre, constitué d’équivalents de nos atomes, mais qui ne peuvent interagir avec eux que par la force de gravité. La matière noire de ce monde pouvant se refroidir en s’effondrant gravitationnellement, elle pourrait donc former des disques comme la matière normale de notre univers.
" Bien que la preuve statistique ne soit pas écrasante, une contribution possible du dossier des cratères sur Terre pour une périodicité d'environ 35 millions d'années pourrait indiquer une augmentation à intervalles réguliers non aléatoire des impacts de météorites. Une explication proposée en termes d'effets de marée sur le nuage de Oort, qui perturbent les comètes lorsque le système solaire passe à travers le plan du disque galactique, est entravée par le manque d'une cause sous-jacente d'effets gravitationnels qui augmenteraient suffisamment sur un intervalle suffisamment court de temps et avec un laps de temps possible entre ces augmentations. Nous montrons qu'un disque de matière noire dans le plan médian galactique pourrait répondre à ces deux questions et créer une augmentation périodique, de la façon dont cela a potentiellement été observé. Un tel disque est motivé par une composante de matière noire exotique avec dissipation par refroidissement, que nous avons considéré dans des travaux antérieurs.
Nous montrons comment évaluer la preuve statistique de la périodicité par l'entrée de mesures primaires appropriées du modèle galactique, justifiant ou excluant des cratères périodiques avec plus de confiance que par l'évaluation de données sans un modèle sous-jacent. Nous constatons que, au-dessus de la marginalisation des incertitudes astrophysiques, le ratio de vraisemblance pour un tel modèle par rapport à un avec une vitesse constante de formation de cratères est de 3.0, ce qui favorise modérément le modèle du disque noir.
Notre analyse donne en outre une distribution a posteriori, selon les données actuelles sur les cratères, de singularités sur une densité de surface d'un disque de matière noire d'environ 10 masses solaires par parsec carré. L'histoire géologique motive ainsi un modèle particulier de la matière noire qui sera sondé dans un proche avenir. "
Position et vitesse du Soleil dans la Galaxie. - Si ce disque de matière noire existe, il est en quelques sorte visualisé ici par la ligne plus sombre au milieu du disque, plus épaisse là où les bras spiraux passent. - Crédit : Montage utilisant un schéma NASA
Les théories sur les raisons des extinctions, surtout sur celle des dinosaures, l'une des plus spectaculaires, sont foison, même si celle de la fameuse comète ou météorite géante des Alvarez gagnait largement de la crédibilité pendant les années 1980, elle a amené de nombreux astronomes et physiciens, dont Richard A. Muller, à proposer plusieurs théories pour rendre compte d’une apparente périodicité dans les extinctions importantes ayant frappé la biosphère au cours des derniers 250 millions d’années. En effet, en 1984, les paléontologues David Raup et Jack Sepkoski ont publié un article dans lequel ils affirmaient avoir identifié une telle périodicité, dont la valeur était d’environ 26 millions d’années.
Muller avait rapidement réagi à l’époque en proposant l’existence d’un corps céleste massif qui se rapprocherait périodiquement du nuage de Oort. En perturbant gravitationnellement ce nuage, ce corps, baptisé Némésis (du nom de la déesse de la juste colère des dieux dans la mythologie grecque), précipiterait un nombre important de comètes vers le Système solaire interne, augmentant le taux d’impact. La nature de ce corps céleste restait indéterminée : il pouvait s’agir d’une compagne lointaine du Soleil, comme une naine rouge très peu lumineuse, une naine brune ou peut-être une planète géante autrefois expulsé du Système solaire lors de sa formation (comme l’hypothétique Tyché).
À l'occasion du passage de la comète Hyakutake en 1996, Jean-Pierre Luminet a donné une présentation générale du phénomène des comètes. Documentaire extrait du magazine Cassiopée, émission 8 intitulée « Les comètes ». Texte et voix off : Jean-Pierre Luminet, France Supervision (1996). © Jean-Pierre Luminet, YouTube
De Némésis à un disque de matière noire
Aujourd’hui, Wise n’a pas permis de découvrir la Némésis de Muller. Néanmoins, l’idée d’une périodicité dans les extinctions, bien que ne faisant pas encore l’unanimité parmi les paléontologues, continue de susciter de nouveaux scénarios issus de l’astrophysique. L’idée de base est toujours d’obtenir une augmentation périodique du taux d’impact des comètes sur les planètes internes du Système solaire à partir de perturbations du nuage de Oort.
L'orbite oscillante du Soleil à travers la Voie lactée.
Une vue d'artiste de la Voie lactée. La trajectoire du Soleil sur son orbite galactique n'y est qu'approximativement celle du cercle en pointillé jaune. Il s'agit en fait de mouvements plus complexes avec notamment des oscillations périodiques de part et d'autre du plan galactique. Elles sont représentées, avec une amplitude exagérée, par la courbe verte. © Esa, C. Carreau
Selon Randall et Reece, le disque de matière noire exotique de notre Voie lactée aurait une épaisseur de 35 années-lumière environ, et contiendrait donc l’équivalent d’une masse solaire par année-lumière cube. La raison pour laquelle sa présence conduirait à des perturbations périodiques du nuage de Oort n’a, elle, rien de mystérieux. Les forces gravitationnelles que ressent une étoile comme le Soleil dans le gaz autogravitant d’étoiles formant le disque et le bulbe de la Voie lactée ne sont pas identiques à celles que le Soleil exerce sur une planète dans le Système solaire. Il en résulte que les étoiles ont des orbites ressemblant aux épicycles des planètes dans le modèle de Ptolémée, et, de plus, qu’elles effectuent aussi un mouvement d’oscillation périodique de part et d’autre du plan du disque galactique. Dans l’hypothèse où se placent Randall et Reece, le Soleil traverse donc périodiquement le disque de matière noire exotique qui serait présent dans notre Galaxie, et c’est à ce moment-là que le bombardement cométaire augmenterait. Les perturbations que ce disque engendrerait seraient en effet plus importantes avec de la matière noire, assez pour rendre compte des extinctions selon une périodicité de 35 millions d’années.
L’hypothèse est ingénieuse, mais les deux chercheurs ne cachent pas qu’ils n’ont aucune certitude à son sujet. En effet, il faut garder à l’esprit que la périodicité des extinctions fait encore débat du fait des incertitudes de datation par exemple. Enfin, il est facile de produire un modèle de matière noire exotique précisément défini pour coller à une périodicité donnée. Pour avancer sur toutes ces questions, il faudra probablement démontrer l’existence du disque de matière noire et ensuite en tirer une prédiction précise sur une périodicité des perturbations qu’il engendrerait. Ce n’est qu’à ce moment-là que l’on pourra comparer cette prédiction à des observations plus convaincantes concernant la périodicité des extinctions dans la biosphère. À cet égard, on attend beaucoup des mesures de Gaia.
sources : http://arxiv.org/abs/1403.0576 + http://www.futura-sciences.com/magazines/terre/infos/actu/d/paleontologie-disque-matiere-noire-t-il-tue-dinosaures-52727/#xtor=RSS-8
Les observations des courbes de révolution des étoiles autour du centre de leur galaxie montrent qu'elles tournent trop vite (vitesse v, en ordonnée, en fonction de la distance r au centre de la galaxie), si l'on se base sur la loi de la gravitation de Newton ou sur la masse déduite de la luminosité des galaxies. © Gianfranco Bertone
Centre de notre galaxie : Animation basée sur des images infra-rouges du centre de la Galaxie. Elle a été réalisée à partir d'observations obtenues de 1992 à 2007. Sur ces quinze années, il devient possible d'observer les mouvements individuels des étoiles, grâce à un système d'amélioration de la qualité d'image, dite "optique adaptative". Observez plus précisement la trajectoire d'une de ces étoiles, appelée S2, au voisinage de la croix. Ces images ont été obtenues par le "Very Large Telescope (VLT)" avec l'instrument NACO dont les performances en optique adaptative ont été réalisées par une équipe de l'Observatoire de Paris. - Crédit : ESO
Je profite pour répondre à une question par mail sur la position de la Terre par rapport au soleil, et sur les mauvaises interprétations du public sur la stabilité de la Terre sur son orbite autour du soleil. Peu de rapport avec cet article, bien que cela parle aussi de cycles déjà prouvés eux :
La position de la Terre par rapport au Soleil change en permanence en fonction de trois paramètres :
- l’excentricité de l’orbite terrestre qui varie entre 0,005 et 0,05 sur une période de 100 000 ans. Actuellement elle est d’environ 0,016 ; (fausse idée donc : l'orbite de la Terre n'est pas ronde...)
- l’inclinaison de la Terre qui varie entre 22° et 25°, par rapport au plan de l’écliptique, sur une période de 41 000 ans. Actuellement l’inclinaison de la Terre est de l’ordre de 23,5° ; (l'orbite de la planète n'est donc pas "droite" et plane à l'horizontale mais légèrement penchée- la plupart des schémas du système solaire ne montrent pas ces différences d'orbites entre planètes et les placent toutes sur le même plan... ce qui est faux sur le fond).
- la précession des équinoxes qui entraîne un mouvement de l’axe de rotation de la Terre sur un cône de révolution au cours d’une période de 21 000 ans. (la Terre tourne donc en plus comme une toupie un peu déséquilibrée : son pôle nord ne tourne pas sur lui-même mais dessine un cercle).
La variation de ces paramètres orbitaux modifie sans cesse la position et l’exposition de la Terre par rapport au Soleil. Ces variations sont faibles. Elles sont pourtant suffisantes pour modifier la part de l’énergie solaire qui arrive sur Terre. Ces changements sont à l’origine de la théorie qui permet d’expliquer les grands changements climatiques que l’on observe depuis deux millions d’années sur notre planète. C’est la théorie astronomique de Milankovitch. Les petites variations orbitales entraînent de grands cycles climatiques sur des périodes de 100 000 ans. On observe une série de longues périodes glaciaires, suivies par des périodes interglaciaires plus courtes (durée de 10 000 à 20 000 ans), mais aussi plus chaudes. La différence de température moyenne entre ces périodes est de l’ordre de 5°C sur la planète. La période interglaciaire dans laquelle nous vivons a débuté il y a 11 000 ans. Elle pourrait durer encore plusieurs dizaines de milliers d’années... ou s'inverser rapidement comme déjà observé (période interglaciaire de 10.000 ans).
On comprend pourquoi les scientifiques tentent à tout prix de mieux dater les dates des extinctions et événements catastrophiques recensés sur la Terre (nous ne connaissons pas probablement tous ces événements car leur intensité peuvent être différentes : un gros événement à pu effacer toute trace d'un précédent moins important, les traces sont englouties sous les océans, la bioversité n'a pu être atteinte que localement, etc...), car les derniers gros événements connus (extinction des dinosaures il y a environ 70 millions d'années et Grande Coupure Éocène-Oligocène il y a 33,9 ± 0,1 Millions d' années) correspondent assez bien à ces intervalles de passages du Soleil dans le plan médian galactique. Ce qui veut dire que nous sommes à l'intérieur d'une période où un tel événement devrait se produire (depuis combien de temps et pour combien de temps est ce qui reste à déterminer)...
Intensités des extinctions de masses survenues dans les océans. Celle du Permien-Trias, notée End P, est la plus importante. Wikipedia
On voit en regardant la courbe des extinctions de masses survenues dans les océans que leur intensité va en décroissant (avec une forte baisse vers 200 ma) et que l'on trouve des pointes d'intensités difficilement comparables question cycles : il peut y avoir en effet une pointe tous les 35 millions d'années mais elle ne se discerne pas obligatoirement d'autres événements survenus pour les océans. Première remarque (toujours avec la théorie ci-dessus de disque de matière noire) : cette décroissance en intensité serait-elle liée à la dissipation progressive mentionnée de ce disque de matière noire, expliquant la baisse de puissance ? 2ème remarque : une datation très précise de tous les cratères terrestres (et si possible des gros cratères lunaires et martiens pour comparer les événements !) doit être faite, on voit que les premières données semblent correspondre statistiquement... et n'oublions pas que les extinctions océaniques peuvent être décalées par rapport à un événement entraînant un changement climatique...
Yves Herbo, Sciences-F-H, 13-03-2014
Source : Science Magazine
Radiation damage haloes around zircon inclusions in pyroxene (160X magnification). Author's collection.
