Cartographie et structure de l'univers

Cartographie et structurede l'Univers

G.TheureauStation de Radioastronomie de Nançay

Observatoire de Paris

Particularités de l'Astronomie

Les « pieds sur Terre » pas de mesure sur placeun seul point de vueles plans se superposent

Le problème de l'estimation des distances

On ne voit pas les mêmes choses en fonction de la longueur d'onde

On ne « voit » que ce qui est lumineux : et la masse manquante ?

Plus on regarde loin, plus on regarde dans le passé

Visible

Radio 21-cm

La distance Terre-Lune

1 seconde

Vitesse de la lumière

300,000 km/s

Le système solaire

5 heures

La distance Terre-Soleil8 minutes

La distance moyenneentre les étoiles

5 années

La Voie Lactée

100.000 années

La galaxie M100

100.000 années

Le Groupe Local

3 millions d'années

L'amas de Coma

20 millions d'années

Les grandes structures de l'univers

300 millions d'années

en projectionsur le ciel

1 millionde galaxies

Les grandes structures de l'univers

300 millions d'années

une trancheen profondeur

Les galaxies les plus lointaines

~10 milliards d'années

Le rayonnement de fond cosmologique

~15 milliards d'années

Mesure de la circonférence de la Terre (Eratosthène de Cyrène, env. 285-210)

Syène

Alexandrie

Alexandrie-Syène = 5000 stadesRayon de la Terre = 250 000 stades

distances géométriques: la triangulation

la Terre,Mars,Vénus,les étoiles...

La mesure du méridien terrestre

Dunkerque-Barcelone

Les planètes

●

●Distance à Vénus: Halley,1761(passage devant le Soleil)

●Distance à Mars: Cassini, 1672(parallaxe ~15 '' depuis Paris-Cayenne)

1631, 1761, 1874, 2004... Les passages de Vénus devant le Soleil

Johannes Kepler

les passages de Mercure et de Vénus (1631)

Jeremiah Horrocks et William Crabtree

observent le transit de 1639Horrocks (1618-1641)découvre le 2nd passage

de Vénus en 1639

distance Terre-Soleil à partir du diamètre apparent de Vénus

(94 Mkm)

1631, 1761, 1874, 2004... Les passages de Vénus devant le Soleil

détermination de la distance d'une planète supérieure en fonction de la distance Terre-Soleil

opposition

quadrature

Méthode de Copernic

détermination de la distance d'une planète inférieure en fonction de la distance Terre-Soleil

Kepler : ellipses

A3 /T

2 =cste

Les planètes

Les parallaxes stellaires ~100.000 étoiles (HIPPARCOS)< 3000 années de lumières

1ère parallaxe:Bessel (1838)pour 61 Cygni (0,3”)

difficultés :réfraction atmosphérique (< 34')précession (50''/an)nutation (10''/an)aberration (20''/an

1 pc = 3,26 a.l.1 a.l. = 9,461×1015 m.1 u.a. = 1,5 ×1011 m

3400 jauges, 1/250e du ciel

La théorie des jauges d'Herschel (1785)- les étoiles sont identiques- la magnitude (éclat) est proportionnelle

à la distance- distribution uniforme des étoiles- il n'y a pas d'absorption- les télescopes atteignent les limites

Une représentation 3D (ici, coupe 'verticale')

Statistique stellaire

Une alternative à la mesure de parallaxe :

Une distance « photométrique » basée sur notre connaissancephysique de certaines familles d'objets célestes ,

les « chandelles standards »

Si l'on connaît la luminosité intrinsèque d'un astre, la mesure de son éclat apparent nous permet d'estimer sa distance...

il faut trouver:

- une classe d'objets facilement identifiables

- qui ont « à peu près » la même luminosité

- des objets lumineux... pour voir loin !

principe des distances « photométriques »

Des étoiles jeunes et chaudesréparties le long des bras spiraux:révèlent la structure Galactique

Caractérisées par leur spectre ou leur couleur, ces étoiles OBont toute la même luminosité.

étoiles bleues très chaudes: O,B

étoiles variables: RR lyrae, céphéides

étoiles explosives: novae, supernovae

plus la période de pulsation est longue,

plus la luminosité moyenne est importante

Période

Luminosité (M)

M = a logP + b

étoiles bleues très chaudes: O,B

étoiles variables: RR lyrae, céphéides

étoiles explosives: novae, supernovae

Shapley 1918étoiles bleues très chaudes: O,B

étoiles variables: RR lyrae, céphéides

étoiles explosives: novae, supernovae

Le diamètre de la Voie lactée > 100,000 a.l.

étoiles bleues très chaudes: O,B

étoiles variables: RR lyrae, céphéides

étoiles explosives: novae, supernovae

Depuis,

on a observé des céphéides dans

une quarantaine de galaxies proches

Hubble (1923-1929)

11 céphéides dans NGC6822 --> 700,000 a.l.35 céphéides dans M33 --> 860,000 a.l.40 céphéides dans M31 --> 900,000 a.l. les spirales sont bien au-delà de la Voie Lactée !

étoiles bleues très chaudes: O,B

étoiles variables: RR lyrae, céphéides

étoiles explosives: novae, supernovae

Les supernovae de type Ia : visibles jusqu'à plusieurs milliards d'année lumièrerévèlent la courbure de l'espace aux échelles cosmologiques

Le décalage vers le rouge des galaxies et la loi de Hubble

Le décalage vers le rouge des galaxies et la loi de Hubble

spectres optiques

spectre radio à 21-cm

vitesse radiale

V = H0 x distance

L'expansion

des redshifts pour ~ 1 million de galaxies

Hubble (1929)

3000 galaxies

L'expansion de l'univers

décalage vers le rouge vitesseVitesse cosmologique = Ho x distance

6dF

PalomarDigitized Sky Survey (optique)

2 MASStwo microns all sky survey (infrarouge)

2 MASStwo microns all sky survey (infrarouge)

Les grandes structures

simulerl'Univers

Projet DEUS

550 milliards de particules