Effet d'ombre de la matière noire sur la Terre.

Le passage périodique de la Terre à travers le disque de la galaxie pourrait initier une série d'événements qui conduiraient finalement à des cataclysmes géologiques et à des extinctions de masse.

Par Michael R. Rampino  | Publié: Mercredi, 31 juillet 2019

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Une pluie de comètes s'abat sur la Terre tandis que de violentes éruptions volcaniques se multiplient par en dessous. Les deux événements peuvent suivre le passage de notre planète à travers une matière noire concentrée dans l'avion de la Voie lactée et contribuer à déclencher des événements d'extinction.

Don Dixon pour l' astronomie

Les géologues rêvent-ils d'une dernière théorie? La plupart des gens diraient que la tectonique des plaques est déjà l’idée maîtresse de la géologie. La découverte de la tectonique des plaques il y a 50 ans a été l'une des grandes réalisations scientifiques du XXe siècle, mais la théorie est-elle complète? Je crois que non. La tectonique des plaques décrit la géologie actuelle de la Terre en termes de géométrie et d'interactions de ses plaques de surface. Les géologues peuvent extrapoler les mouvements des plaques à la fois dans le temps et dans l'avenir, mais ils ne peuvent pas encore déduire le comportement et l'histoire de la tectonique des plaques à partir de principes fondamentaux.

Bien que les scientifiques puissent interpréter l’histoire à travers l’objectif de ce qu’ils voient aujourd’hui, il reste une question importante: pourquoi des événements géologiques - tels que volcanisme par points chauds, rupture de continents, fluctuations de la propagation du fond marin, épisodes tectoniques et oscillations du niveau de la mer - se produisent exactement quand et où ils ont fait? Sont-ils aléatoires ou suivent-ils une sorte de modèle dans le temps ou dans l'espace?

Une théorie complète de la Terre devrait expliquer l'activité géologique dans le domaine spatial, car la tectonique des plaques se débrouille plutôt bien pour le moment (une fois que vous avez incorporé les points chauds), mais aussi dans les domaines temporel et fréquentiel. Des découvertes récentes me suggèrent que la géologie pourrait être au seuil d'une nouvelle théorie qui cherche à expliquer l'activité géologique de la Terre dans le temps et dans l'espace dans le contexte de son environnement astronomique.

Un grand impact

Le premier indice d'une connexion cosmique est venu en 1980 dans un rapport du physicien Luis Alvarez, lauréat du prix Nobel, et de son fils Walter, un géologue de renom. Travaillant à l'Université de Californie à Berkeley, les deux hommes ont suggéré que l'extinction massive de la vie à la fin du Crétacé, il y a 66 millions d'années, était le résultat d'un impact dévastateur sur un grand astéroïde ou une comète. Cette découverte spectaculaire a été suivie au début de 1984 par les déclarations remarquables de Dave Raup et Jack Sepkoski de l'Université de Chicago selon lesquelles les événements d'extinction massive suivaient un cycle de 26 millions d'années.

Des impacts périodiques pourraient-ils causer des extinctions périodiques? Un certain nombre de cratères de différentes tailles et de différents âges indiquent l'emplacement des impacts passés, et les âges estimés de plusieurs coïncident assez bien avec les extinctions de masse. Par exemple, le lauréat du prix Nobel Harold Urey a indiqué en 1973 que le cratère de Popigai, d’un diamètre de 56 km (90 km), dans le nord de la Sibérie, date de 36 millions d’années, peu avant l’extinction de l’Éocène supérieur.

2MASS / IPAC / Caltech

Le spécialiste des cratères, Richard Grieve du Bureau canadien des mines et de l'énergie à Ottawa, a initialement compilé la liste la plus complète des cratères d'impacts terrestres. (La liste, qui ne cesse de s'allonger, est maintenant mise à jour en ligne.) La base de données Earth Impact contient actuellement environ 190 cratères d'impact documentés, ainsi que leur taille, leur emplacement et une estimation de leur âge. Ces cratères ne représentent qu'un petit sous-ensemble du nombre réel d'objets entrés en collision avec la Terre. De nombreux autres cratères d'impact ont été tellement érodés et / ou recouverts par des sédiments qu'ils sont difficiles à identifier. De plus, aucun cratère n'a été trouvé dans les profondeurs océaniques, mais seulement dans les zones peu profondes du plateau continental. Cela n’est pas surprenant, car le plancher océanique est jeune, il n’a tout au plus qu’environ 180 millions d’années. Il devrait donc présenter relativement peu de cratères.

Bon nombre des estimations de l'âge des cratères ne sont que des limites approximatives basées sur l'âge des roches plus anciennes ciblées par l'impact ou sur l'âge des premiers sédiments enfouissant la structure de l'impact. Cependant, un certain nombre de cratères ont été suffisamment datés en étudiant la désintégration des éléments radioactifs de l’impact pour permettre une analyse statistique rigoureuse du calendrier des impacts. Au milieu des années 1980, les âges des cratères les mieux datés de la liste de Grieve ont été analysés par ordinateur à l’Institut Goddard de la NASA pour les études spatiales à New York, à l’aide d’une nouvelle méthode d’analyse. environ 30 millions d'années.

Au même moment, Walter Alvarez et le physicien Richard Muller, également à l’UC Berkeley, ont effectué leur propre analyse et découvert un cycle de 28 millions d’années utilisant un ensemble de cratères quelque peu différent. D'autres chercheurs ont revisité ces résultats au fil des ans et ils restent controversés. Mais en 2015, mon ancien élève, Ken Caldeira, et moi avons étudié davantage de structures à impact avec des données améliorées sur l'âge du cratère et avons pu être plus spécifiques. Nous avons constaté que les cratères et les extinctions semblaient tous deux se produire avec le même cycle de 26 millions d'années.

Ces analyses d'âges de cratères m'ont convaincu que beaucoup d'impacts étaient périodiques. Néanmoins, cela posait la question de savoir d'où ils venaient. Il y avait deux possibilités: des astéroïdes traversant la Terre, originaires de la ceinture d'astéroïdes entre les orbites de Mars et de Jupiter, ou des comètes glacées du lointain nuage Oort qui entoure le Soleil. Nous doutions que les astéroïdes aient pu former la Terre par cycles réguliers. Cela a laissé les comètes Oort Cloud, qui se chiffrent dans les trillions. Au début des années 1980, l'astronome Jack Hills du Laboratoire national de Los Alamos, au Nouveau-Mexique, a calculé qu'une étoile qui passait pouvait induire des perturbations gravitationnelles qui bouleverseraient les comètes du nuage de Oort faiblement liées, à la périphérie du système solaire. Cela ferait tomber un grand nombre de ces corps glacés dans le système solaire interne, produisant une douche de comète, où certains pourraient frapper la Terre. Hills suggéra même qu'une telle pluie de comètes aurait pu causer la disparition des dinosaures. Mais si les responsables des douches de comètes étaient les coupables, pourquoi afficheraient-ils un cycle de 26 à 30 millions d'années?

Un lien galactique

Il semblait naturel de rechercher tous les cycles cosmiques qui durent environ 30 millions d'années. Un en particulier se démarque. Le système solaire oscille par rapport au plan médian de la galaxie de la Voie lactée en forme de disque avec une période d'environ 60 millions d'années. La famille du Soleil traverse cet avion deux fois par période ou tous les 30 millions d'années environ. Le système solaire se comporte comme un cheval sur un carrousel: lorsque nous parcourons la galaxie en forme de disque, nous oscillons entre les disques, en passant par sa partie la plus dense, environ tous les 30 millions d'années.

Considérant les erreurs possibles dans la datation des extinctions et des cratères, ainsi que les incertitudes de la période galactique, les trois cycles semblaient s’accorder. C’est sûrement une coïncidence trop grande que le cycle des extinctions de masse et des cratères d’impact devienne l’une des périodes fondamentales de notre galaxie. L'idée semblait presque trop jolie pour se tromper. Mais les gens à la recherche de cycles avaient déjà été dupés, et nous devions encore répondre à la question suivante: comment ce cycle de mouvements entraîne-t-il des perturbations périodiques des comètes du nuage Oort?

Évidemment, tout objet causant une perturbation gravitationnelle périodique assez puissante pour perturber les comètes Oort Cloud devrait être assez massif. Hills avait suggéré qu'une étoile pourrait faire l'affaire. Cependant, les étoiles ne devraient pas être rapprochées une fois tous les 30 millions d'années. Des nuages ​​interstellaires massifs de gaz et de poussières pourraient constituer une meilleure alternative. Une rencontre rapprochée avec un gros nuage, disons avec une masse supérieure à 10 000 fois celle du Soleil, pourrait également produire une douche comète.

Une grande partie de la matière normale de notre galaxie réside dans un disque aplati. À l'aide de simulations informatiques du mouvement galactique, le physicien John Matese de l'Université de Louisiane et ses collègues ont calculé que le nuage d'Oort serait particulièrement vulnérable aux perturbations gravitationnelles causées par les marées galactiques - en substance, la force de gravité de toute la masse concentrée dans le plan médian . Et une comparaison des temps estimés où le système solaire a traversé le plan galactique avec les temps d'impacts et d'extinctions de masse a montré des corrélations potentielles.

Une connexion de matière noire?

Plus récemment, en 2014, les astrophysiciens Lisa Randall et Matthew Reece de l'Université Harvard ont suggéré que les perturbations gravitationnelles les plus importantes du nuage d'Oort pourraient provenir d'un mince disque invisible de matière noire exotique. Les astronomes croient que la matière noire - une forme mystérieuse de matière qui n'interagit que par la force de gravitation - représente environ 85% de toute la matière de l'univers. Étonnamment, toute la matière visible sur les planètes, les étoiles, les nébuleuses et les galaxies ne représente que 15% du total.

La comète Hale-Bopp a hypnotisé les observateurs lorsqu’elle a traversé le système solaire interne en 1997. Ce visiteur pour la première fois en provenance du lointain nuage Oort avait un noyau de 60 km (60 km) de diamètre - assez grand pour causer des dégâts catastrophiques s’il atteignait la Terre. Des comètes du passé similaires peuvent avoir initié des extinctions massives.

Gerald Rhemann

Les preuves de la matière noire proviennent principalement des mouvements des galaxies. La matière noire explique le fait que les étoiles éloignées des centres des galaxies en rotation ont des vitesses beaucoup plus élevées que prévu par la seule distribution de la matière visible. Sans quelque matière supplémentaire exerçant une force d'attraction gravitationnelle, les galaxies volent en éclats. Pour expliquer la «vitesse excessive» des étoiles, les scientifiques pensent que la matière noire forme probablement un halo sphérique entourant les galaxies. Les preuves de la matière noire proviennent également des amas de galaxies, qui nécessitent beaucoup plus de matière que ce qui est visible pour produire les forces de gravité qui maintiennent les amas ensemble. La matière noire se manifeste également par le biais de lentilles gravitationnelles. Le halo de matière noire d'une galaxie proche déforme la lumière des galaxies de fond en un anneau de mirages autour de la galaxie proche.

La plupart des astrophysiciens pensent que la matière noire est probablement composée de particules massives ou axions en interaction faible. Mais quoi qu’il en soit, la matière noire n’interagit pas avec le rayonnement électromagnétique, il est donc difficile à détecter. Bien que les scientifiques en déduisent que la matière noire réside dans des halos sphériques entourant des galaxies spirales comme la nôtre, Randall et Reece suggèrent que de la matière noire serait également concentrée dans un disque fin le long du plan médian de la galaxie.

Certains chercheurs prédisent qu'un tel disque se fragmentera naturellement en blocs plus petits et plus denses. Un futur test pour l’existence d’un disque de matière noire reposera sur de nouvelles données provenant du vaisseau spatial Gaia de l’Agence spatiale européenne, qui mesure les mouvements des étoiles dans le plan galactique. Le comportement de ces étoiles dépend de la masse totale du disque de la galaxie, ce qui devrait nous dire à quel point la matière noire est présente, le cas échéant.

Randall et Reece émettent l'hypothèse que, lorsque le système solaire traverse le plan médian galactique densément peuplé, la force gravitationnelle concentrée de la masse sombre et visible bousille le nuage de Oort. Cela envoie une pluie de comètes vers le système solaire interne environ tous les 26 à 30 millions d'années, où certains atteignent la Terre. Où en sommes-nous dans ce cycle aujourd'hui? Nous venons de traverser le plan médian galactique par le bas et nous en restons relativement proches. Et il faut plus d'un million d'années pour qu'une comète tombe du lointain nuage d'Oort dans le système solaire interne. Cela nous place dans une position précaire, mais cela correspond aux âges de plusieurs jeunes cratères et de couches d'éjecta produites par un impact au cours des derniers 1 à 2 millions d'années.

Le lac Manicouagan, au Québec, est le vestige de l’une des plus grandes caractéristiques d’impact laissées sur la Terre. Le cratère s'étend sur environ 85 km et résulte d'un impact il y a environ 215 millions d'années.

Équipe NASA / GSFC / LaRC / JPL / MISR

Les cycles de la Terre correspondent-ils?

Mais la connexion cosmique de la Terre peut aller encore plus loin. L'idée d'un rythme d'environ 30 millions d'années dans les événements géologiques a une longue histoire dans la littérature géologique. Au début du XXe siècle, WA Grabau, un expert en strates sédimentaires, suggéra que l'activité tectonique et la construction de montagnes entraînaient des fluctuations périodiques du niveau de la mer selon un cycle d'environ 30 millions d'années. Dans les années 1920, le géologue britannique Arthur Holmes, armé de quelques déterminations de l'âge issues de la désintégration radioactive, vit un cycle similaire de 30 millions d'années d'activité géologique sur Terre.

Mais l’idée de périodicité dans l’enregistrement géologique est ensuite tombée en désaccord, et la plupart des géologues ont rejeté cette notion, la qualifiant simplement de propension humaine à voir des cycles là où il n’en existe pas. Aujourd'hui, la majorité des spécialistes des sciences de la Terre estiment que les archives géologiques préservent le fonctionnement d'un système essentiellement aléatoire. La communauté géologique est généralement opposée à l'idée de cycles réguliers à long terme. Cela résulte en partie des nombreux articles publiés au fil des ans qui prétendaient trouver une période ou une autre dans les archives géologiques, mais qui n'ont pas survécu à un examen plus minutieux.

J'ai passé beaucoup de temps à la bibliothèque et à la recherche en ligne, page par page, dans les principales revues pour trouver des ensembles de données relatives aux changements géologiques du niveau de la mer, à la tectonique, à divers types de volcanisme, aux variations des taux d'étalement du fond marin, aux événements d'extinction et aux indicateurs d'ancien. changements de climat. (Les derniers apparaissent, par exemple, en présence d'océans stagnants appauvris en oxygène dissous ou en présence de dépôts de sel importants indiquant un climat chaud et sec.) J'ai finalement pu reconnaître 77 événements de ce type documentés dans l'histoire de la Terre. au cours des 260 millions d’années écoulées.

Caldeira, mon ancien étudiant actuellement à l’Université de Stanford, et moi avons analysé la nouvelle compilation de données et avons découvert une période de répétition solide allant de 26 à 27 millions d’années. Richard Stothers de la NASA a fait de même pour les inversions géomagnétiques et a détecté un cycle d'environ 30 millions d'années. J'avoue que la réalité de ces cycles a fait l'objet de nombreuses discussions et que d'autres tests statistiques ont donné des résultats mitigés. L’un des problèmes peut être qu’il est difficile d’extraire des cycles d’ensembles de données contenant à la fois des événements périodiques et non périodiques, comme ce serait le cas pour ces événements géologiques.

Mais si les cycles sont réels, qu'est-ce qui pourrait conduire ces changements à long terme du volcanisme, de la tectonique, du niveau de la mer et du climat à des intervalles aussi réguliers, bien que largement espacés? Au début, je pensais que les impacts énergétiques périodiques pourraient en quelque sorte affecter les processus géologiques profonds. Dans une courte note du journal Nature, j’ai suggéré que des impacts importants pourraient creuser et fracturer la croûte si profondément - jusqu’à des profondeurs supérieures à 16 km - que le relâchement soudain de la pression dans le manteau supérieur entraînerait des dommages importants. fusion. Cela conduirait à la production de laves massives de basalte d'inondation, qui couvriraient le cratère et créeraient peut-être un point chaud du manteau sur le site de l'impact. Les points chauds pourraient conduire à la séparation des continents, ce qui pourrait entraîner une augmentation de la tectonique et une modification de la vitesse de propagation du plancher océanique. et à leur tour faire fluctuer les niveaux de la mer mondiaux. Malheureusement, aucune structure d'impact terrestre connue n'est clairement associée au volcanisme, bien que certaines épanchements volcaniques sur Mars semblent être situés le long de fractures radiales et concentriques liées à des impacts importants.

La forte activité volcanique libère de grandes quantités de lave basaltique pouvant couvrir de vastes zones allant jusqu’à 1,5 km de profondeur. Cette vue montre les marches d'escalier caractéristiques d'une partie du Columbia River Basalt Group à Washington. La zone formée par les laves érigées par le point chaud de Yellowstone il y a environ 15 millions d'années.

Williamborg / Wikimedia Commons

Pris au piège

La clé potentielle pour résoudre cette énigme géologique peut provenir de l'espace extra-atmosphérique. Rappelez-vous que Randall et Reece ont suggéré que la Terre passe à travers un mince disque de matière noire concentré le long du fond de panier de la Voie Lactée tous les 30 millions d'années. L'astrophysicien Lawrence Krauss et le physicien lauréat du prix Nobel Frank Wilczek de l'Université Harvard, ainsi que Katherine Freese, astrophysicienne du Centre pour l'astrophysique Harvard-Smithsonian, ont indépendamment proposé que la Terre puisse capturer des particules de matière noire qui s'accumuleraient dans le noyau de la planète. Le nombre de particules de matière noire pourrait devenir suffisamment important pour s'annuler mutuellement, produisant des quantités prodigieuses de chaleur à l'intérieur de la Terre.

Un article paru en 1998 dans la revue Astroparticle Physics (que peu de géologues ont certainement lu, j'en suis sûr) fournissait un chaînon manquant potentiel. Les astrophysiciens indiens Asfar Abbas et Samar Abbas (père et fils, respectivement) de l'Université Utkal étaient également intéressés par la matière noire et ses interactions avec notre planète. Ils ont calculé la quantité d'énergie libérée par l'annihilation de la matière noire capturée par la Terre lors de son passage dans une masse dense de cette matière. Ils ont découvert que la destruction mutuelle entre les particules pourrait produire une quantité de chaleur 500 fois supérieure au flux de chaleur normal de la Terre et beaucoup plus grande que la puissance estimée nécessaire au cœur de la Terre pour générer le champ magnétique de la planète.

L'excès de chaleur du noyau de la planète peut augmenter la température à la base du manteau. Une telle impulsion de chaleur pourrait créer un panache de manteau, une colonne montante de rocher de manteau chaud avec une tête large et une queue étroite. Lorsque ces panaches montants pénètrent dans la croûte terrestre, ils créent des points chauds, initient des éruptions de basalte et provoquent généralement une fracturation du continent et le début d'un nouvel épisode de propagation du fond marin. La nouvelle source de réchauffement périodique de la matière noire à l’intérieur de notre planète pourrait provoquer des poussées périodiques d’activité du panache manteau et des modifications des modèles de convection dans le noyau et le manteau de la Terre, susceptibles d’affecter la tectonique mondiale, le volcanisme, les inversions du champ géomagnétique et le climat, tels que comme notre planète l'a expérimenté dans le passé.

Ces événements géologiques pourraient entraîner des modifications de l’environnement qui pourraient être suffisantes pour provoquer des événements d’extinction. Une corrélation de certaines extinctions avec les épisodes d'épanchements volcaniques massifs de lave corrobore ce point de vue. Cette nouvelle hypothèse relie les événements géologiques sur Terre à la structure et à la dynamique de la galaxie de la Voie lactée.

Il est encore trop tôt pour dire si les ingrédients de cette hypothèse résisteront à un examen et à des tests supplémentaires. Bien entendu, des corrélations entre événements géologiques peuvent se produire même si elles ne font pas partie d'un schéma périodique, et des cycles géologiques à long terme peuvent exister indépendamment de toute connexion cosmique externe. La vertu de l'explication galactique de la périodicité terrestre réside dans son universalité - parce que toutes les étoiles du disque de la galaxie, dont beaucoup hébergent des planètes, subissent une oscillation similaire autour du plan médian galactique - et dans son lien avec l'évolution biologique et géologique sur Terre, et peut-être dans d'autres systèmes solaires, aux grands cycles de notre galaxie.

Source: http://www.astronomy.com/
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/07/dark-matters--shadowy-effect--on-earth?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR13CN4KAVUIy7ooZV1GOiUmdhuS4sWeZHaQ_Ge1g_jVjsfQ7zdoFkscOMY