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La cosmologie moderne: Le Big Bang
Martin GIARD, CESR-CNRS
L’expansion de l’Univers:
Hubble (1929) mesure la « récession » des galaxies lointaines grâce au télescope de 1,5 mètres du Mt Wilson
L’expansion de l’Univers:
Hubble (1929) mesure la « récession » des galaxies lointaines
L’expansion de l’Univers:
67 ans plus tards grâce aux Supernovae de type Ia, et le télescope spatial Hubble : Riess, Press and Kirshner (1996)
L’expansion de l’Univers:
(x, y, z) = R(t) (x0, y0, z0); R(t) croissantUne homothétie continuelle => Le centre est arbitraire
R(t) : le facteur d’expansion
Aujourd’hui
R(t
)
+10 milliard d’années-10 milliard d’années
L’expansion de l’Univers:
La relativité générale permet de calculer R(t) en fonction du contenu de l’Univers, p (pression), (densité) :
La grosse équation de Friedman et Lemaître
R(t) : le facteur d’expansion
Valeur de la densité lorsque t = 1 nano-seconde:
447 225 917 218 507 401 284 016 g/cm3
Changement de 1g/cm3 en + ou en - => Univers ouvert ou fermé !
380 000 ans
15 000 000 ans
Univers ionisé
Univers neutre
30 minutesUnivers nucléaire
Quarks
Matière / Antimatière
10-43 secondes????
Formation des étoiles et des galaxies
300 000 000 K
3000 Kelvin
2,73 Kelvin
1032 Kelvin
Le futur de l’Univers
L’Univers vu depuis la terre:
=> Preuves et prédictions du Big-Bang
=> Le scénario de nos origines
Photons cosmologiques :
T = 2,73 K
Univers neutre
Univers ionisé
Surface de dernière diffusionLa Galaxie
Big bang
Structuration de l’Univers
Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000
z = 0 1 10 1000
Preuves et prédictions du Big-Bang:
L’expansion de l’Univers
Le rayonnement fossile
Les abondances de H, He, D
La formation des galaxies et des amas de galaxies
L’expansion de l’Univers
Ciel visible un soir d’été
La Voie Lactée = Notre Galaxie:La Voie Lactée = Notre Galaxie:
Ciel visible
La Galaxie NCG 891
L’Univers vu depuis la terre:
=> Preuves et prédictions du Big-Bang
=> Le scénario de nos origines
Photons cosmologiques :
T = 2,73 K
Univers neutre
Univers ionisé
Surface de dernière diffusionLa Galaxie
Big bang
Structuration de l’Univers
Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000
z = 0 1 10 1000
L’Univers vu depuis la terre:
=> Preuves et prédictions du Big-Bang
=> Le scénario de nos origines
Photons cosmologiques :
T = 2,73 K
Univers neutre
Univers ionisé
Surface de dernière diffusionLa Galaxie
Big bang
Structuration de l’Univers
Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000
z = 0 1 10 1000
Ciel micro-onde: 30 GHz à 300 GHz
Le rayonnement fossile:
Le rayonnement fossile:
Détecté par Penzias et Wilson (1965)
Le rayonnement fossile: Spectre de corps noir a 2,725 Kelvin, mesuré très précisement par le satellite COBE (1996)
Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002
-270,4252° -270,4248°
Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002 La Voie Lactée + Le Rayonnement fossile
Températures en échelles de couleur:
-270,4252° -270,4248°
océans continents
5° 25° -55° 35°
ciel
Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002
=> Rayonnement Fossile
Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002 => Analyse en fréquences de l’image (Projection sur la base des harmoniques sphériques)
Preuves et prédictions du Big-Bang:
L’expansion de l’Univers
Le rayonnement fossile
Les abondances de H, He, D
La formation des galaxies et des amas de galaxies
L’expansion de l’Univers
Le rayonnement fossile
La formation des galaxies et des amas de galaxies
L’Univers vu depuis la terre:
=> Preuves et prédictions du Big-Bang
=> Le scénario de nos origines
Photons cosmologiques :
T = 2,73 K
Univers neutre
Univers ionisé
Surface de dernière diffusionLa Galaxie
Big bang
Structuration de l’Univers
Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000
z = 0 1 10 1000
La Galaxie NCG 891
Il y a des milliards de milliards de galaxies !
Parfois les galaxies sont regroupées en amas :
Les endroits qui étaient un peu plus denses que le reste après le big-bang.
Les galaxies sont regroupées en amas de galaxies et grandes structures filamentaires:
Relevé australien 2dF
Flu
ctua
tions
de
dens
ité
Echelle (106 années lumière)
Les fluctuations de densité:galaxies locales rayonnement fossile !
Fluctuations de densité dans l’Univers à 380 000 ans
=> Les galaxies et les super-amas par gravitation
Simulation
Fluctuations de densité dans l’Univers à 380 000 ans
=> Les galaxies et les super-amas par gravitation
Simulation
Preuves et prédictions du Big-Bang:
L’expansion de l’Univers
Le rayonnement fossile
Les abondances de H, He, D
La formation des galaxies et des amas de galaxies
L’expansion de l’Univers
Le rayonnement fossile
La formation des galaxies et des amas de galaxies
Les abondances de H, He, D
Nucléosynthèse des 30 premières minutes:
76 % Hydrogène
24% Hélium 4
+ Deutérium, Hélium 3 et Lithium
5% de matière normale seulement !
Le reste ? Matière Sombre = 33%
Energie Sombre = 62 %
Sites WEB à visiter:
http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm
http://www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/cos_home.html
Ned Wright :
Cambridge University (UK) :
http://background.uchicago.edu/~whu/beginners/introduction.html
Waine Hu :
http://www.hep.upenn.edu/~max/index.html
Max Tegmark :
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