![Page 1: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/1.jpg)
CosmologieL’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques
![Page 2: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/2.jpg)
Cosmologie moderne
“Moderne” - Isaac Newton
Gravité - une façon de décrire l’univers basée sur la physique
Vue de Newton sur l’univers InfiniStatique - immobile
Pourquoi?
![Page 3: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/3.jpg)
Statique - pas de mouvements observés à grande échelle
Infini - nécessité d’équilibre de masse de toute la matière
Un univers fini a une fin!
Le materiel près de cette limite est attiré vers le centre par la
force d’attraction due à la gravité et se déplace donc.
Pas de mouvement observé donc pas de limite et donc infini
Problèmes avec un univers infini:
Paradoxe d’Olbers - “Pourquoi la nuit est-elle si sombre dans un
univers infini?
Un univers infini, un nombre infini d’étoiles, lumière stellaire
infinie, le ciel devrait briller de millions de feux!
Solution - il n’est pas infininement vieux.
On ne peut pas tout voir, seulement ce qui est proche.
![Page 4: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/4.jpg)
Définitions modernes
Homogénéité - materiel uniformément réparti
Faux à petites échelles mais vrai à grande échelle
Isotropie - aspect identique pour tous les observateurs
Homogénéité + Isotropie = Principe cosmologique
Une autre règle (on l’espère vraie)
Universalité - les lois de la physique s’appliquent partout
Les modèles d’univers essaient de produire un univers qui
obeit au Principe Cosmologique et à l’Universalité
![Page 5: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/5.jpg)
L’univers que nous observons est en expansion uniforme
Pourquoi de façon uniforme?
S’il n’en était pas ainsi, alors la loi de Hubble serait plus complexe
Loi de Hubble v= Ho d
Les objets lointains s’éloignent plus vite de nous
Nous sommes au centre de l’univers!!!!Et bien non!
![Page 6: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/6.jpg)
Il n’y a pas un centre unique de l’univers.
Chaque point dans l’univers est le centre de l’univers.
Comment l’univers est il en expansion?
Est il en expansion dans quelque chose?
Y aura-t-il plus de parking dans le futur?
Retournons à la relativité générale …..
![Page 7: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/7.jpg)
Courbure de lespaceRelativité générale - l’espace est distordu par la masseL’espace (Univers) est en cours de d’extension par l’expansionComment?Cela dépend de la courbure del’Univers.3 types simples de courbure - 2-D analoguesPlat - pas de courbure - ennuyeux
![Page 8: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/8.jpg)
Courbure positive - une sphère
Courbure négative - selle, Chips Pringles
![Page 9: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/9.jpg)
Quelle sorte de courbure possède l’univers?
Nous verrons plus tard…
Que pensait Einstein de lunivers?
Qu’il était homogène et isotrope (Principe Cosmologique)
Qu’il n’y avait pas de mouvement organisé (before Hubble)
Ses formules “disent” qu’il y a probablement des mouvements!
Il “a établi” ses formules
Il a inséré un terme anti-gravité, = constante cosmologique
Plus tard, il appris que l’univers est en expansion.
Zut, il n’avait pas besoin du terme .
A-t-on encore besoin de la constante cosmologique?
Nous verrons plus tard….
![Page 10: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/10.jpg)
Si l’univers est en expansion, il a dû être plus petit dans le passéOn peut remonter jusqu’au début de l’univers, jusqu’au
BIG BANG!La cosmogonie - l’origine de l’univers.La théorie actuelle - la théorie du Big Bang
Alexandr Friedman
Abbe George LeMaitre
![Page 11: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/11.jpg)
Avant le Big Bang?
Pas de temps
Pas d’espace
Peut-on même le définir?
![Page 12: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/12.jpg)
Temps = 0
SupergravitéC’est tout ce que l’on peut dire
![Page 13: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/13.jpg)
Temps = 10-43 seconds
0.0000000000000000000000000000000000000000001
Ere Planck
Période la plus précoce que l’on peut décrire
Deux forces existent - Gravité & GUT
GUT = Grand Unified Theory
![Page 14: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/14.jpg)
Temps = 10-35 Seconds
Fin de la GUT
3 forces existent - gravité, inter. nucl. forte & electrost. faible
Création de particules élémentaires -
quarks (proton, neutron)
leptons (electrons, neutrinos)
Comment la matière est-elle créée?
E=mc2
Leger déséquilibre entre matière et antimatière
![Page 15: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/15.jpg)
Temps =10-35 to 10-33 secondeDilatation
La taille de l’univers augmente trés rapidement
Pourquoi?
L’énergie de l’ére précédente
Jusqu’à quelle taille croît l’univers?
Elle a crû d’un facteur 1030 à 1040
La dilatation explique la nature uniforme de l’univers
![Page 16: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/16.jpg)
Temps = 10-12 seconde
Fin des forces unifiées
4 forces dans la nature - les mêmes qu’aujourd’hui
Gravité
Interaction nucléaire forte
Interaction nucléaire faible
Force électro-magnétique
Début de la production de quelques éléments (protons, électrons)
![Page 17: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/17.jpg)
Temps = 10-7 seconde
Ere des particules lourdes
Production de particules “massives” - Protons, neutrons
Temps = 10-4 seconde
Ere des particules légères
Production de “petites” particules - électrons
![Page 18: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/18.jpg)
Temps = jusqu’à 3 minutes
Ere de la nucléosynthèse
Température = 109 K
Hydrogène (protons)
fusionnent en noyaux
d’Helium
Résultat final = composition de
75% H 25% He
![Page 19: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/19.jpg)
Recombinaison (Découplage)
Temperature = 3000 K
La domination de l’univers par la radiation s’achève
et celle de la matière commence (gravité)
Temps = 380,000 ans
![Page 20: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/20.jpg)
Temps = 500 millions d’annéesFormation des Galaxies - galaxies ou amas: qui est apparu en premier?
Théorie du haut en bas - grande structure d’abord, petite galaxie
ensuite
Théorie du bas en haut - d’abord les galaxies, ensuite les grands
amas
Lequel est le plus probable?
Depend de la forme de la matière sombre.
matière sombre “chaude” - mouvement rapide - facilite la
construction de grandes structures
matière sombre “froide” - lente - construit de petites structures
![Page 21: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/21.jpg)
Now
![Page 22: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/22.jpg)
Le Big Bang est-il une théorie correcte?
Qu’est ce qui fait qu’une théorie est correcte?
Qu’est ce qui fait qu’une théorie est incorrecte?
Peut-on “prouver” qu’une théorie est correcte?
Une théorie peut être soutenue -
qu’est ce qui soutient la théorie du Big Bang?
Y-a-t-il des soutiens?
Retournons à 1965
Recherche par les physiciens Robert Dicke et P. J. E. Peebles de
la radiation résiduelle du Big Bang - mais comment la trouver?
![Page 23: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/23.jpg)
Robert Wilson, Arno Penzias recherchent
la radiation dans toutes les directions.
Quelle forme a-t-elle?
Ils ne savaient pas mais ils ont trouvé la radiation!
![Page 24: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/24.jpg)
Radiation cosmique du fond du ciel
Radiation cosmique micro-onde
Radiation 3 K
Radiation cosmique
C’est la radiation résiduelle du BB.
Elle a la bonne temperature (autour de 3 K)
Mesurée dans toutes les directions
Très régulière
Trop régulière - c’est un problème
L’univers n’est pas régulier (il possède de larges structures)
Ainsi la radiation ne devrait pas être régulière
![Page 25: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/25.jpg)
Satellite COBECosmic Background Explorer - Lancé 1989
Janvier 1990 - premiers résultats présentés
Température mesurée précisément (2.735 K)
Energie émise est exactement celle d’un corps noir parfait!
![Page 26: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/26.jpg)
Mesures continuent avec les missions BOOMERanG & WMAP La matière froide sombre est favorisée
![Page 27: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/27.jpg)
Destin de l’univers
L’univers est en expansion - Qu’est ce qui pourrait la freiner?
La gravité!
Combien en faut-il??
Beaucoup!
Y-en-a-il assez?
Besoin de mesurer la densité de l’univers
La densité critique - densité nécessaire pour arrêter l’expansion
![Page 28: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/28.jpg)
Destins “simples” possibles
Densité Type d’univers Courbure Destin
<Critique Ouvert Négative Expansion continue
>Critique Fermé Positive Effondrement
=Critique Légérement ouvert Plat Expansion freinée
Lequel est le bon?
Comment peut-on le dire?
Regarder comment l’expansion change avec le temps (à grandes dist.)
C’est exactement ce qu’on fait les astronomes - qu’ont-ils appris?
![Page 29: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/29.jpg)
Que fait l’univers?
1997 - Etudes indépendantes de l’expansion del’univers
Recherche du taux de ralentissement de l’univers
Au lieu de cela, découverte que l’univers accélère.
Comment est-ce possible?
L’univers accélère!!!!
F=ma
Quelle en est la raison?
![Page 30: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/30.jpg)
- La Constante Cosmologique
L’erreur d’Einstein - l’inclusion d’un terme “anti-gravité”,
Il semble bien qu’il existe réellement…..
Comment?
La densité en énergie du vide - l’espace lui-même contient de
l’énergie - elle dirige l’expansion
Plus d’espace signifie plus d’accélération
Pas encore très sûr de ce qu’est la densité en énergie du vide....
Ainsi, pas de chance pour l’univers de se recontracter, malgré la
question de sa densité.
![Page 31: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/31.jpg)
Mission WMAP
Mesurer le degré de rugosité de la radiation du fond du ciel
![Page 32: Cosmologie L’étude de l’univers - structure, taille, caractéristiques](https://reader037.vdocuments.net/reader037/viewer/2022103112/551d9de0497959293b8ea0d3/html5/thumbnails/32.jpg)
Résultas de WMAP (Février 2003)
L’universe semble être plat et en accélération
La matière sombre froide est favorisée
Age de l’univers = 13.7 ± 0.2 milliards d’années
Constante de Hubble = 71 ± 4 km/s/Mpc
= 73% de l’univers (quantité de “Vacuum energy density”)
Matière = 27% de l’univers - l’essentiel étant de la matière sombre
seulement 4% de l’univers est fait de matière “normale”
Est ce la réponse fibale?
Non, loin de là…...