Cosmologie : quelle est notre place dans l'univers ? | Dossier

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Source:http://www.futura-sciences.com/magazines/espace/infos/dossiers/d/astronomie-ciel-bien-noir-659/

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Uncielbiennoir!

Yat-ilspectacleplusmagnifiquequeceluiducield'unenuitd'été?Onpeutychercheravecbonheurleszébruresfugacesdes«étoilesfilantes»oucontemplersansselasserl'éclatdesmilliardsd'étoilesdenotreVoieLactée.

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Yat-ilspectacleplusmagnifiquequeceluiducield'unenuitd'été?Onpeutychercheravecbonheurleszébruresfugacesdes«étoilesfilantes»oucontemplersansselasserl'éclatdesmilliardsd'étoilesdenotreVoieLactée.

Y-a-t-ilplusbellesimagesquecellesdesplanètesdenotresystèmesolaireenvoyéesaucoursdeleurpéripleparlessondesspatiales?

Etpourtant,cesimagessontenpartietrompeuses!LeCosmosqu'ellesnousrévèlentneseraitqu'uneinfimepartdel'Universréel.

Légende:Avecladécouverteaucoursdeladécenniepasséedenombreusesplanètesextra-solaires,notresystèmesolaireestpassé

durangde«star»àceluidu«quasi»anonymat.Situéàlapériphériedelagalaxiequil'héberge(laVoieLactée),lesoleil

23/10/2006-ParAlainMazure,Astrophysicien



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n'estqu'uneétoilequelconqueparmilescentainesdemilliardsd'autresétoilesquiformentlatraînéeblanchesivisiblelesnuitsd'été.NotreGalaxien'estelle-mêmequ'unindividubanalparmilesmilliardsd'autresgalaxiesquel'onobservedansl'Univers.Maisleplusétonnantestquecesimagesnerévèlentquelafacevisibled'un

universréeldominéparlamatièrenoireetl'énergienoire,hypothèsesquirendentCopernictoujourspluscontemporain.

©CalvinJHamilton

C'estceréelquenousallonsicitenterd'appréhenderennousrappelanten1erlieulerôlefondamentaldel'AstronomieetdelaCosmologiedansl'évolutiondesidéesscientifiquesetphilosophiques.

L'aspecttrompeurdesbellesimagesduCosmosn'estpasdûàlalimitationdenossensusuels.Sinosyeuxnesontsensiblesqu'àuneinfimepart(«ledomainevisible»)duspectreélectromagnétique,latechnologie actuelle permet d'explorer ce spectre dans sa totalité, du domaine radio aux rayonsgammas.

Endépitdecesmoyensextraordinaires,l'essentieldelamasse,causedelarotationdesétoilesdanslesgalaxiesspiralesoudesmiragesgravitationnelsauseindesamasdegalaxies,resteindétectable.Cette«massecachée»nesemanifesteeneffetqueparsonactiongravitationnelle.

Cettemême«matièrenoire»,5à10foisplusabondantequelamatièrevisible,joueégalementunrôleirremplaçabledanslemécanismedeformationdesgrandesstructuresdel'Univers,galaxies,amasdontlespartiesvisiblessontoffertesànosregards.

Lemodèledu«BigBang»estdevenule«standard»delacosmologieetrendcompteavecsuccès(avecdenombreuxautresphénomènes)del'expansiondel'Univers,expansiondévoiléeparla«fuitedesgalaxies».

Fortsdecessuccès,lescosmologisteseurentpourtantunesurprisedetailleavec,danslesannées95,ladécouvertedel'accélérationdel'expansioncosmiquealorsque,dansle«modèlestandard»dominéparlamatièrenoire,ellenepeutqueseralentir.

©BillKeelUniversityofAlabama.

Pourinterprétercenouveauphénomène,ilsembleinévitableauxphysiciensetcosmologistesd'invoquer



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une«énergienoire»possiblefossiledesphasesquantiquesdel'Universprimordial.

La«quête»decettematièrenoireetdecetteénergienoirequireprésenteraient~95%delamatièreetdel'énergietotaledel'Universestbiensûrundesaxesderecherchelesplusactuelsetsûrementdespluspassionnantsdelacosmologieetdelaphysiquefondamentale.

DeslaboratoiresdeMarseilledontleLAMysontpartieprenante.

Page2/9-Introduction:Copernictoujoursvivant?

Placée devant de nouvelles questions, la science connaît des changements profonds qui peuventdébouchersurunbouleversementdesthéoriesoudesmodèlesencours,commecelafutlecasparexempleaveclarelativitéetlaphysiquequantique.

Copernic

Ces ruptures intellectuelles avec les modes de pensée antérieurs ouvrent la plupart du temps la voie à desavancéesinsoupçonnéespourladisciplineconsidérée.Deplus,ellesgénèrentsouventdenouveauxconceptsjusquedanslesscienceshumainesetlaphilosophie.Ceschangementssesontopéréset s'opèrent surdeséchellesdetempsextrêmementvariables:desmillénairesetdessièclesdanslepassépourmaintenants'accéléreretneplusprendrequequelquesdécennies.

La cosmologie, dont l'objet d'étude est l'Univers considéré commeun tout, est passée en un siècle du statut «métaphysique » à celui de science à part entière en se dégageant de sa gangue immémoriale demythes et delégendes.

Lesrévolutionsengendréesparlesprogrèsdel'astronomieetdelacosmologieontétéessentiellesnonseulemententermespurementscientifiquesmaisaussipourcequ'ellesapportentsur laplacedel'Hommelui-mêmedansceCosmosqu'ilexplore.Ilsepourraitqued'autresrévolutionsfondamentalessoientencoursetc'estcequenousallonsévoquerdanslasuite.

Lapremièrerévolutioncopernicienne fut le rejetdugéocentrisme(laTerren'estpasaucentrede l'Univers),



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révolutionqui s'élargit peuàpeuà l'acceptationde la "banalité"denotreplanète, denotreétoile (leSoleil), denotregalaxie(LaVoieLactée),individusanonymesparmidesmilliardsd'autresauseinduCosmos.

Slipher

Puisilfallutprendreconscience,aveclestravauxdeSlipher,HumasonetHubblequenousvivionsdansunUniversenexpansion,vieuxde14milliardsd'années.

Humason-Hubble

Une autreétape fut ensuite franchie en réalisant que la matière quiconstitue notre environnement quotidien àtouteséchellesn'estqu'uneinfimepartdelamatièredansl'Univers.

"Lastbutnotleast",cettematièreditenoireneseraiten faitelle-mêmequ'une fractionminoritaireducontenu'Energie-Matière(1)quigouvernel'expansionduCosmosdanssonentier.

Cette expansion, d'après des travaux récents, s'accélèreraitsous l'action d'une énergie de natureinconnuebaptiséeEnergieNoire.

Lesconséquencesdecettedécouvertepourraient révolutionnernonseulement laphysique laplus fondamentale,



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maisunefoisdepluslavisionde«notreplace»dansl'Univers.

(1)DepuisEinsteinetsacélèbrerelationE=mc2,onsaitquematièreeténergiesontéquivalentes.

Page3/9-Delamassemanquanteàlamatièrenoire

1-QuandZwicky"enrajoute".

Unedesdécouverteslesplusimportantesdel'astrophysiquecontemporaine,parsesconséquencesfondamentalessur la cosmologie et la physique des particules, fut lamise en évidencequ'untype de matière, autre que la«matièreordinaire»quenousconnaissons,existeraitetjoueraitunrôleessentieldansleCosmos.Ils'agitdela«matièrenoire».Elleestainsibaptiséecarellen'émetaucunrayonnementélectromagnétiqueetn'estdétectablequeparseseffetsgravitationnels.

L'idéedematièrenoire(onparlaitalorsdemassemanquanteoudemassecachée)fitirruptionaveclestravauxdel'astronome suisse Zwickydans les années 1930.Cedernier, étudiant ladynamiquedesgalaxiessises ausein de l'amas de galaxies Coma situé dans la constellation de la Chevelure de Bérénice, voulutcomprendrepourquoilesvitessesdesgalaxiesdecetamasavaientdesvaleurstrèsélevées(onreviendraplusloinsurcettequestion).

Enfait,cettequestiondelamatièrenoirecommeconstituantdel'Universaprisuneampleurconsidérableaucoursdes dernières décennies.On peut maintenant évoquer troisgrandes questions de l'astrophysique, nonencorerésoluesdemanièresatisfaisante,pourlesquellesl'existence decettematière noireseraituneréponsecohérentecommune.

Lapremièrequestionconcernelesgalaxiesspiraleset leurrotation,laseconde, lesvitessesdesgalaxieset laprésence d'arcs gravitationnels dans les amas de galaxies. Enfin,latroisièmerenvoie aufabuleux destin desgalaxies,leurorigineetleurévolution.

Légende:Lecentredel'amasdegalaxiesComasesituedanslaconstellationdelaCheveluredeBérénice»àunedistancede100Mpc(©ImageCFHT).C'estendéterminantlamassedecetamasaveclesmesuresdesvitessesde

quelquesgalaxiesqueZwickypritconscienceduproblèmedela«massemanquante».

2-Desgalaxiesquispiralent

Examinons d'abord le casdes galaxies spirales dontnous allons utiliser une propriété importante: le fait qu'elles



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soient animées d'unmouvement de rotation sur elles-mêmes. Cette propriétéest connuepar l'intermédiaire d'uneffetphysiquerencontrécourammentdanslavieordinaire:l'effetDoppler(voirEncadré).

Légende:Deuxgalaxiesspiralesobservéesdansledomainevisible.L'unedeface,l'autreparlatranche.Onobserveunbulbecentralavecunefortedensitéd'étoilesentouréd'undisqueminceformédebrasspiraux(©ImagesCFHT).

Unobservateurimmobileaubordd'unevoieTGVconstatequelesonproduitparuntrainquilecroisechangedetonalitéquandilserapprochepuiss'éloignedelui.Leson,d'abordaigujusqu'àcequeleTGVpassedevant

l'observateur,devientensuiteplusgravedèsqueletrains'éloigne.Entermesphysiques,l'effetDopplerestunemodificationdelafréquence(oudemanièreéquivalentedelalongueurd'onde)del'onde(sonoreouautre)émiseparunobjetenmouvement(commeleTGV).Lapropriétéimportantedel'effetDopplerestquelavariationdefréquence(ou

delongueurd'onde)conduitàlamesuredirectedelavitessedel'objetparrapportàl'observateur.Silesgalaxiesn'émettentpasd'ondesonore,ellesémettentunrayonnementlumineuxquin'estriend'autrequ'uneonde

(électromagnétique)doncégalementsujetteàl'effetDoppler!C'estgrâceàceteffet,qu'enobservantlalumièreémiseparlesgalaxiesondétecteetmesureleurvitessederotationsurelles-mêmes(voirFigure).

Légende:Quandlagalaxiespiraletournesurelle-même,lerayonnementenvoyéparlapartiesedirigeantversl'observateurquisetrouveenbasdelafigureestdécaléverslebleu.Cerayonnementestdécaléverslerougepourla

parties'enéloignant.

Une galaxie spirale semble, en première approximation, être similaire à un système solaire, les étoiles du disquetournantautourdubulbecentraldelaspiralecommelesplanètestournentautourduSoleil(voirFigure).



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Légende:LesplanètestournentautourduSoleilquireprésentel'essentieldelamassedusystèmesolaire.

Kepler

Sicetteanalogieestvalable,alorssuivantl'astronomeJ.Keplersefondantlui-mêmesurlaloidelagravitationétablieparNewton,



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Newton

ondevraits'attendreàunedécroissancedelavitesseaufuretàmesurequeladistanceaucentreaugmente(2)commeonl'observedanslesystèmesolairepourlesvitessesdesplanètes.

Légende:LavitessedesdifférentesplanètesdusystèmesolaireenfonctiondeleurdistanceauSoleil.Cettevitessedécroîtavecladistance,c'estla«décroissanceképlérienne».

Or,cequel'onobservedanslaréalité,c'estunecourbeplate(voirFigure).



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Légende:Lespoints(aveclesbarresd'erreurdesmesures)représententlavitessemesuréeenfonctiondeladistanceaucentredelagalaxieetdonnentlacourbederotationobservée.Lacourbeenpointillésestlacourbederotationpréditeparlacontributionenmassedesétoilesdelagalaxie.Lacourbeentiretésdonnelacontributiond'unhalo

sphériquedematièrenoire.Lacourbecontinuetientcomptedel'ensembledescontributionsetestenbonaccordaveclesobservations.

Cettecontradictionresteunedesénigmeslesplusirritantesdel'astrophysiquemoderne.Parmilesexplicationslesplusplausibles(parexemplequelesloisdelagravitationpuissentêtremodifiéesàceséchelles(3)),l'hypothèseretenuesupposequelapartievisibledesgalaxiesn'estqu'uneinfimepartie immergéedansungrandhalodematièrenoire,matièrenoiredont l'origineet lanaturesontencoreenpartie incomprisesetsur laquellenousreviendrons.

Légende:L'étudedelarotationdesgalaxiesspiralesmontrequelapartievisibledecesobjetsn'estquelapointede«l'iceberg»queseraitlehalodematièrenoire

Cerésultatestdéjàensoi"révolutionnaire",maiscequil'estpeut-êtreencoreplusestquelamassedecehalonoirseraitenviron5à10foiscelledelapartievisibledesicebergsquesontalorslesgalaxies(Figure).

3-Desamasquifontleurseffets

Une alternative possible à l'hypothèse dematière noire serait de supposerqu'en fait la dynamiquedes galaxiesspiralesestmalcompriseetdonc leurcourbederotationmal interprétée.Mais lasolutionduproblèmenesemblepassetrouverdanscettedirection.



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Comme on l'a mentionné plus haut, dès 1930 l'astronome Zwicky n'arrivait pas à rendre compte des vitessesmesurées dans l'amas de galaxies Coma. Ces vitesses sont la conséquence du champ de gravitationinterne àl'amas,champglobalcrééparlesmassesdescentainesdegalaxiesquis'ytrouvent.

Cesvitessessontdonclerefletde lamassetotaledusystèmeetcettemasseestàprioriégaleà lasommedesmasses de toutes les galaxies individuelles, auxquelles il faut ajouter la masse du gaz chaud intra-amas dontZwiskyn'avaitpasconnaissance.Onpeutestimerlesmassesdesgalaxieselles-mêmescommelamassedetoutesleursétoiles(massequel'onpeut,enpremièreapproximation,prendreégaleàcelled'uneétoiletypiquecommeleSoleil).

Maislecompten'yestpas!Lacomparaisondescalculsauxmesures révèlede lamassemanquante.Lamassetotale calculée comme étant celle des étoiles, des galaxies, et du gaz est insuffisante pour rendre compte desvitesses observées.Là encore, pour compenser le déficit demasse, il faut invoquer une quantitéimportante demassecachéeoudematièrenoire.

Uneconfirmationéclatantedecedéficitdemasseestapparueaucoursdesannées1980avecladécouvertedegigantesques arcs observés au coeur des amas de galaxiesQuelleest l'originedecesarcs?Commeon leverra un peu plus loin, la relativité substitue à laforcede gravitation générée parune masse uneperturbationlocaledel'espace. Les trajectoires des particulespassant au voisinage de lamasseen questionsontdéviées.Enrelativitégénérale,ceteffets'appliqueàtouteslesparticulesycompris lesphotonsquisontlesparticulesassociéesaurayonnementélectromagnétique.

Légende:Lesrayonslumineuxémisparunesourcelointainesontdéviésparlaprésencedelamassedudéflecteur(oulentille).Lafigurereprésentedeuxdecesrayonsqui,aulieud'allerenlignedroite,sontcourbés.Ilspeuventainsi

atteindreunobservateur,luidonnantl'impressionquecesrayonssontémisdedeuxsourcesdifférentes.Silasourceetlalentillesontparfaitementalignées,l'ensembledesrayonsdéviésformealors,parraisondesymétrie,unanneaudit«



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anneaud'Einstein».

Enconséquence, lesrayons lumineuxenvoyésparunastreéloigné(étoile,galaxie...)versunobservateurserontdéviésparlamatièresituéesurletrajetdecesrayonslumineux.Cesgalaxiesouétoilesperturbatricesjouentdanscecaslerôlededéflecteuroudelentille(Figure).Ilarriveraquedesrayonslumineuxquin'auraientpasdûatteindrel'oeildel'observateursoient"courbés"detellesortequ'ilsyparviendrontquandmême,créantuneffetdemirage.Par"raisondesymétrie"onprédit,encasd'alignementparfaitsource-lentille-observateur, laformationd'imagescirculairesparces"lentillesgravitationnelles"(4).

Ceteffetdemiragen'estpasseulementuneconjecturepurementthéoriqueetl'imagedel'amasdegalaxiesA2218estcertainementl'unedesplusbellesimagesobtenuesparleHST(5).Danscettephotographie,chaquepetitestructure linéaire ou circulaire est "l'image" (6) de galaxies très éloignées de l'amas, déformées etamplifiéesparlamassedelamatièrequecontientcetamas.

Légende:ImageHSTdel'amasdegalaxiesA2218.Chaquepetitestructurelinéaireoucirculaireest"l'image"degalaxiestrèséloignéesdel'amas,déforméesetamplifiéesparlamassedelamatièrequecontientcetamas.(©Space

Telescope).

Mais le faitstupéfiant,enplusde leurbeauté,estquepourexpliqueret rendrecomptede ces"effetsdemiragecosmiques"il fautinvoquerdans l'amas, commepour rendre comptedesvitessesdesgalaxies, laprésenced'unequantitédominantedematièrenoire!

4-Lafabuleuseoriginedesgalaxies

Ainsi, deuxdes raisonspour lesquelles lanotiondematièrenoireapparaîtnécessairesontcellesd'undéficitdanslecalculdelamasseobtenueàpartirducontenuvisibledesgalaxiesoudesamas,parrapportàlamassetotaledecesmêmesgalaxiesouamas,massedéduitedeleurdynamiqueoudeseffetsde«mirage».

Latroisièmeraison concerne le"fabuleuxdestindesgalaxies"etenparticulierleurorigine.D'oùproviennentlesgalaxiesetlesamasquipeuplentleCosmos?Oùetquandprennent-ilsnaissance?Quelsontétélesprocessusàl'œuvre dans leur édification?Ces questions sont encore des questions ouvertes sur lesquelles travaillent lesastrophysiciens.Ondisposecependantde«scénarios»quidansleursgrandeslignesrendentcomptentdel'originedesgalaxiesetdeleurévolutionultérieure.

Mêmesileschémadétaillén'estpasencorecomplet,unrésultatsembledésormaisinéluctable.Ilsembleeneffetimpossible,dansl'étatactueldenosconnaissances,decomprendrecommentlesgalaxies,lesétoiles,puisles planètes et la vie (la matière que l'on voit) sont apparues sans supposer l'existencede matière noire dontl'origineremonteraitàl'Universprimordial!

Une étude approfondie montre que lamatière noire, en proportion beaucoup plus élevée que la matière



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ordinaire(diteaussibaryonique)estcapablesousl'effetdesapropregravitationdecréerdesagrégatsdematièreassezmassifs(contrairementàlamatièreordinaireenquantité insuffisante)pourcontrecarrerefficacement,àunmomentdonné,l'expansiondel'Univers,expansionquitendàdiluerlamatièredemanièreinexorable.

Ces premiers agrégats (ou halos noirs) auraient le temps de voir leurmasseaugmenter suffisamment parcoalescenceavecleursvoisins,avantquel'expansionneleséloigneinéluctablementlesunsdesautres.

Ainsiseformeraientlespremiersastresquideviendront lumineuxunefoisquelamatièreordinaires'yseracondensée.

(2)C'estlaloiditededécroissanceképlérienne.(3)Lagravitationfait l'objetdevérificationsexpérimentalespermanentes.LaloideNewtonestactuellementbienvérifiéesurdeséchellesallantde0.1mmà10^16m.(4)Enplusde ladéformationdes images, l'effetde lentillegravitationnelleproduituneamplificationde l'éclatdel'astre lointain.Lesamasdegalaxiespeuventainsiêtreutiliséscommedestélescopesgravitationnelspermettantd'observerdesgalaxiestrèslointaines,difficilementdétectablesautrement.(5)hubblesite.org(6)Ausensdel'optiqueordinaire.

Page4/9-LeBigBang:Un"standard"bienconnu

1-Unefuitegénérale!

Le « modèle cosmologique standard », plus connu sous l'appellation Big Bang, prend racine sur le planobservationneldanslesannées1920-1930aveclestravauxdesastronomesSlipher,Humason,Hubble.Lepremiermesura la vitessedequelquesgalaxiesproches,tandisque lessecondsobtenaientunemesurede ladistancedeces galaxies. Hormis des galaxies très proches comme notre voisine Andromède, les vitesses mesurées étaienttoutes positives, ce qui signifiait que ces galaxies s'éloignaient de la Voie Lactée. Confrontant ces vitessesd'éloignement(ouderécession)auxdistancesdesgalaxies,Hubblepassaà lapostéritéenétablissantque cettevitessede récessionvestd'autantplusgrandeque lagalaxieenquestionestplus lointaine.C'est la loi fameusedeHubble:

ν=H0d

oùH0estla«constantedeHubble»(1)etdladistance,exprimantlafuitedesgalaxies.

2-Delafuiteàl'expansion

Une interprétation simple et immédiatepourrait être de considérer que la Voie Lactée est au centre d'unphénomène affectant toutes les autres galaxies.Mais ce seraitunevision«anthropocentrique» donnant àl'Hommeunepositionparticulièredansl'Univers.

Abandonnant cette idée, le Principe Cosmologique (et copernicien) édictant que l'Univers est homogène etisotrope, donc qu'il n'y existeaucun « lieu privilégié », conduit naturellementà considérer que ce phénomèneaffecte toutes les galaxies.Autrement dit, vue d'une autre galaxie,la Voie Lactée s'éloigne de toutes lesautreset cepoint de vue reste valable ense positionnant d'unenébuleuseà l'autre.Aucuned'entreellesn'estdoncle«centre»decettefuitegénéralisée.

Pour interpréter ce phénomène, il faut imaginer que ce ne sont pas les galaxies qui sont en mouvement, maisl'Universquiestenexpansion.

3-Delarelativité«engénéral»

Il existe un cadre théorique qui permet de comprendre ce phénomène, c'est celui de la théorie de la RelativitéGénéraleélaboréeparEinstein.Cettethéoriefutrévolutionnairesousdeuxaspects.



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Lapremièrerévolutionfutdeconsidérerqueletempsetl'espacenesontplusdesentitésséparées. Onne parle plusde distance entre deux objets, mais de distance entre deux évènements, le temps entrant alorscommequatrièmecoordonnée,(2)c'estleconceptd'espace-temps.Mais,parlerdedistance,c'estentrerdansledomainedelagéométrie,l'espace-tempsseradoncdésormaisdéfiniparsagéométrie.

Laseconderévolutionfutd'affirmerquelagéométriedel'espace-tempsesttotalementcaractériséeparsoncontenuenEnergie-Matière(3)commel'illustreleschémasuivant

Iln'yaplus,enrelativitégénérale,deforcedegravitationquirégitlestrajectoiresdesparticulesoudesplanètes.Lestrajectoiressontdictéesparlacourburedel'espace,courbureimposéepar laMatière-Energieprésente icioulà.

LaTerrenetournepasautourduSoleilàcausedel'attractiongravitationnellequ'ellesubit,maisparceque lamasseduSoleilamodifié lagéométriede l'espace,empêchantnotreplanètedepoursuivresatrajectoireenprinciperectilignesiriennevientlaperturber.Nousconserveronscependantdans lasuite leterme«gravitation»afindefaciliterlacompréhensiondesidéesexposées.

(1) Cette « constante » varie en fait au cours du temps cosmique. C'est pour cela que, comme d'autresparamètrescosmologiquesdépendantdutemps,onlesaffectedel'indice«0»indiquantl'instantprésent.(2)Troispourl'espace(parexemple:x,y,z)ettpourletemps.

(3)AvecEinstein,énergieetmassesontéquivalentesvialacélèbrerelationE=mc2.

Page5/9-Uneaccélérationinattendue

1-Unematièretrèsattractive

Lemodèlecosmologiquequidonneuneformulationthéoriqueauphénomèned'expansionestlemodèleduBigBang.DanslemodèledeBigBangstandard,le«ContenuEnergie-Matière»estconstituédematièreouderayonnement. Lesprédictionsthéoriquesdece«modèlestandard»et l'observationduCosmos(lesgalaxies, lesamas, lessuperamas)conduisentàl'idéequel'Universactuelestdéfinitivemententrédans«l'èredelamatière»etquesonexpansionestrégieparcelle-ci,qu'ellesoit«ordinaire»ou«noire».

Àcecontenudematière,corresponddans leschémadelarelativitégénéraleuntermetoujourséquivalentàunegravitationattractive.Onpréditalors,quellequesoit lacause initialede l'expansion,quecelle-cidoit se ralentiraucoursdutempssilamatièredominelecontenuénergétique(1)duCosmos.

2-Deschandellesstandarddansleciel.

Or, dans les années1995, deuxgroupesde scientifiquesannoncèrent que, d'après leursmesures, l'expansiondel'Univers, au lieu de se ralentircomme on l'attendrait, est en accélération.D'où provenait d'abord cettecertitude? Elle a étéobtenue parl'analyse de la variation, en fonction de la distance, de l'éclat d'étoilesconsidéréescommedeschandellesstandard,c'est-à-dired'étoilesayanttoutelamêmeluminositéabsolue.



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Légende:SupernovadanslagalaxieNGC4526(©NASA).

Lessupernovaesontdesétoilesqui,enfindevie,explosentenlibérantuneénergieconsidérable(équivalenteàl'énergieémiseparunegalaxiepeupléedemilliardsd'étoilesordinaires).CelalesrendvisiblesmêmeàdesdistancesélevéesetpermetdoncdescruterleCosmoslointain.L'énergietotalelibéréesousformederayonnementlorsdecetteexplosion(2)apparaîtquasimentconstanted'unastreàl'autre,lesqualifiantalorscomme«chandellesstandard»astronomiques(Figure).

Légende:ImagesobtenuesautélescopeCFHdanslecadredusondagedesupernovaeSNLS.Unegalaxieobservéeà



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deuxépoquesdifférentes.L'imageinférieuredroitemontrelasupernovaayantexploséentretempsdanslagalaxie.Lagrandeluminositéintrinsèquedecesastres(environ100milliardsdefoisleSoleil)associéeàsaquasi-constanceenfontdes«chandellesstandard»permettantdesonderl'Universlointain.Ladistancedelagalaxiehôtedelasupernovaest

mesuréeàl'aidedesinstrumentsduVLTàl'ESO.

On peut alors suivre la variation avec la distance de leur éclat apparent, celui-ci diminuant comme diminue lalumière desphares d'une voiture qui s'éloigne.Lesmodèles cosmologiques prédisent des lois de variationde cetéclat,loisdifférentesselonquel'Universestenexpansionounonetselonquecelle-ciseralentitous'accélère(cf.Figureethttp://www.cfht.hawaii.edu/SNLS).

Légende:DansunUniverscourbeenexpansion,l'éclatdesastresenfonctiondeleurdistanceàl'observateurvariedifféremmentselonquecetteexpansions'accélèreoudécélère.L'observationdel'éclatdechandellesstandard,comme

lesSupernovae,enfonctiondeleurdistance(oudeleurdécalagespectral)permetdedistinguerentrelesdiverscomportements.Lafiguresupérieuremontrel'évolutiondel'éclat(axevertical)enfonctiondudécalagespectral(axe

horizontal)pouruneexpansionendécélérationconstante(traitpointillé)etpourunephased'accélération(traitcontinu).

Les observations actuelles (ici les mesures du SNLS avec leurs barres d'erreur) privilégient le cas d'uneaccélérationrécente(dueàuneénergienoirerépulsive)succédantàunephasededécélération(dueàl'actiondelamatièreattractive).La figuredubasmontre lesmêmes résultatsdansuneautre représentationmaisavec lesmêmesconventions(traitpointillé:décélération,traitcontinu:accélération).

Laconfrontationdesobservationsetdesprédictionstrancha,àlagrandesurprisedescosmologistes,enfaveurdel'accélération!

(1) La situation physique esten fait similaire à celle d'un projectile qu'on lance et qui finit par retomber sousl'actiondelapesanteur.(2)Silesdétailsduphénomènerestentencoreàélucider,desraisonsliéesàlaphysiquefondamentalepermettentdecomprendresonaspectuniversel.



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Page6/9-Letroppleindu"vide"

1-Del'attractionetdelarépulsion

Quellepeut-êtrealors la causede cetteaccélération inattendue?Puisque lamatière,mêmenoire,auneactionattractive quiconduit à une décélération permanente, faut-il invoquer un contenu « Energie-Matière » dontl'actionseraitrépulsive?N'est-cepasencontradictionaveclesloisdelaphysique?

Nousavonsévoquéplushautlelienentre«Géométrie»et«ContenuEnergie-Matière»queprescritlarelativitégénérale. Il se trouve en fait quecette relation peut conduire à des situations physiques à prioriinattendues.

Pourévaluerla quantité«Energie-Matière»à introduiredansleterme«Contenu» (1), il est d'usage,danssonapplicationà lacosmologie,d'utiliser lanotionde fluidepourreprésenterles constituantsqui jouentunrôlephysiqueàunmomentdonnédel'histoirecosmique.Lesgazetlesliquidessontdesexemplesbienconnusdefluidesetlathermodynamiquenousapprendqu'ilsuffitdeconnaîtrelapressionPetladensitéρdecesfluidespourconnaîtreleurétatphysique.

CesdeuxquantitéssontreliéesparunerelationappeléeEquationd'état(2)définissantainsicomplètement l'étatdu milieu (3). Dans cette relation, la pressionP et la densitéρ évoluent de façon similaire si le facteur deproportionnalitéωentrecesdeuxquantitésestpositif.

C'est le cas dans la plupart des situations rencontrées en physique classique et dans la vie quotidienne.Ainsi,quandongonfleunballon,augmenter lapressionà l'aided'unepompeaugmentela densitéde l'airetréciproquement.

Maisle«bonsens»peutêtretrompeur,carlesloisfondamentalesdelaphysiqueautorisentd'avoirlasituation,àprioriparadoxale,danslaquelleleparamètreωestnégatif.

Rien n'interdit doncque certains milieux physiques exercent une« pression négative ».La conséquence estqu'unfluidedotéd'untelcomportementseraalors lasourced'une«gravitation»nonplusattractivemaisrépulsive!

2-QuandPlanckrencontreEinstein

Revenonsuninstantsurcequ'onaappeléla«fuitedesgalaxies».Onpeut,demanièreunpeunaïvevoirdanscetterécessionetdansleconceptd'unUniversenexpansionquiendécoule,unfilmquisedéroule.L'idéede«rembobiner»parlapenséecefilmvientalorsnaturellement,permettantderemonteralorslecoursdutemps.On«verrait»aucourscetteséquencetouteslesdistancesettouslesvolumesdiminuerinexorablement.

Uneconséquenceimmédiatedeceteffetde«condensation»estdeprédiredesdensitésetdestempératuresdeplusenplusélevéesvoire infiniesquand letempssedérouleà l'envers.C'estenfaitl'idéedebasedumodèlebaptisé"BigBangstandard".L'idéed'ununiversoriginelextrêmementchaudetdense,apparemmentissud'une



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«explosionprimordiale»oud'une«singularitéinitiale»àl'instantoùlesdimensionssontréduitesàzéro!

Mais, avons-nous vraiment le droit d'effectuer cette opération?Si l'on suit M. Planck, le "père" de la physiquequantique,etA.Einsteinle"père"delarelativitéiln'enestrien.Notrecompteàreboursauraitdûs'arrêteràuneépoqueappelée«tempsdePlanck»(voirencadréci-dessous).

GravitationquantiqueetÈredePlanckLaphysiquequantiquerégitlemondeatomiqueetsub-atomique.Ellestipulequel'énergied'unsystèmeetleséchangesd'énergiesont«quantifiés».

LequantumminimumestétalonnéparlaconstantedePlanck:

h=1.05410-34J.squiacommedimensionE.t.Lagravitations'exprimedanslecasclassiqueparlesloisdeNewtonoùapparaît

laconstantedeNewton:G=6.67310-11m3/kg/s2quiacommedimensiont2L3M-1.Sagénéralisationsefaitdanslecadredelarelativitégénéraleoùintervientégalement

lavitessedelalumièrecdéfiniecommeconstanteuniverselle:

c=299792458m/squiacommedimensionLt-1.Ilestpossible,aveccestroisconstantesfondamentales,deconstruirediversesquantitéscommelamasse,lalongueurouletempsdePlanck.EnremarquantquelaconstantedePlanckhalesdimensionsd'uneénergiequemultiplieuntemps,onpeutréécrirecetteconstante,endéfinissantla

massedeMPlanck,l'énergiedePlanckMPlanckc2,etlalongueurdePlanckLPlanck(d'oùderiveletempsdePlancktPlanck

~LPlanck/c):h~MPlanckc2LPlanck/cPourunsystèmegravitationneltotalementrelativisteons'attendàcequela

vitessedelibération(v2~GM/R)associéeàuntelsystèmesoitégaleàlavitessemaximumpossible,celledelalumièrec,soit:c2~GMPlanck/LPlanckd'oùl'ondérivefacilementàpartirdesdeuxrelationsdudessus:

LPlanck=(hG/c3)1/2~10-35m

OndéduitalorsletempsdePlancktPlancketlamassedePlanckMPlanck:

tPlanck=(hG/c5)1/2~10-43s

MPlanck=(hc/G)1/2~10-8kg

CetempsdePlanck(tPlanck~10-43 secondes !)est la limiteactuelledenotrecompréhensionde l'Univers.À cet

instant dans la chronologie cosmique, l'Univers doit être considéré commeun systèmequantique, régiaussi bienpar la mécanique quantiqueque par la relativité générale. Mais, une tellethéorie de « gravitation quantique »mariantlesdisciplinesquigouvernentlemondesubatomiqueetlemondemacroscopiqueestencoreenchantier.

Mais si, lorsque l'horloge cosmique s'approche du temps de Planck, la physique connuemontre ses limitesetnesait pas encore comment traiter lesystèmequantiqueUnivers, on peut cependant, à partir des grandsprincipesdecesdeuxdisciplines,ébaucherlesgrandeslignesdesonstatutauxalentoursdel'EredePlanck.

3-Unfossileréapparaît

Pourlaphysiquequantique,l'énergied'unsystèmenepeutprendreunevaleurquelconque.Cetteénergienepeutavoir que des valeurs discontinues intitulés« niveaux d'énergie » et l'énergie du système varie donc aussi parquantitésdiscontinues(appelésquanta).

Le niveau le plus bas possible est appelé « niveau fondamental » et il découle des principesde laphysiquequantiquequ'iln'ajamaisunevaleurnulle.Alorsqu'enphysiqueclassique,unebilleplacéeaureposdans une boîte et soumise à aucune force y restera au repos, son équivalent quantique se verra affecté d'unperpétuelmouvementcorrespondantàl'énergienonnulledesonniveaufondamental.

Bien que paradoxal pour le sens commun, ce comportement est parfaitement établi sur le plan théorique etconfirméparl'expérienceetiladesrépercussionsessentiellesencosmologie.



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Lapremièreestque,commepourlabillequantique,l'Universestaffectéd'unniveaud'énergiefondamental(quelesphysiciensdénommentvide)etquiaunevaleurnonnulle.

Lasecondeestquecevidequantiquesecomportedifféremmentdesmilieuxphysiqueshabituels.Ilpossèdeeneffetlapropriétéévoquéeci-dessusd'êtreunesourcepossibledegravitationrépulsive(4).

On voit donc qu'une source de gravitation répulsiveest possible.Pour des raisons encoremal comprises, cetteénergie noire,générée dansl'Universleplusprimordial, referait son apparition 14milliards d'années plus tardpourdenouveaugouvernerladynamiquedel'Universetaccélérersonexpansion.

(1) Le terme « Contenu » esten faitune expression mathématique compliquée: un tenseur. Il contient lescaractéristiquesphysiquesdumilieuconsidéré.(2)C'estparexemplelaloibienconnuediteloidesgazparfaitsquipourunemoles'écrit:PV=RTouP~ρT.

(3)Laformelaplusgénéraledecetterelationest:P=ωρc2

(4)Sonéquationd'états'écritP=ωρc2avecωnégatif.

Page7/9-Laquêtedelamatièrenoire

1-Unbilanglobalbiensombre!

Nous avons vu précédemment quele contenude l'Univers ne se limitait pas à ce que l'œil ou le télescopenousrévèleimmédiatement:desplanètes,desétoiles,desgalaxies…

Touscesobjetsastronomiquessontconstituésde«matièrevisible».Maisnoussavonsdésormaisquecettematièrevisiblen'estqu'unefaiblefractiondelamatièrerequise pour expliquer aussi bien la formation desgrandesstructuresdel'Univers(galaxies,amas…)queleurdynamique.

Parailleurs,ladécouvertedel'accélérationdel'expansiondel'Universexigeraitl'existenced'une«énergienoire»,possiblerésidufossiledesphasesquantiquesdel'Univers.

Lesastronomesontpourobjectifpermanentderecenserde lamanière laplusprécisecesdiversescontributions.L'imagequedévoilecebilanexhaustifducontenucosmique«Matière-Energie»estcelled'un«Universsombre»,majoritairementdominé(~70%ducontenuglobal)par«l'énergienoire»etla«matièrenoire»(~25%)(Figure).



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Légende:Bilanducontenu«Energie-Matière»del'Univers.Cecontenuestdominéà70%par«l'énergienoire».Lacomposante«matière»estdominéeparla«matièrenoire».

Lamatièrevisible(gaz,étoiles,galaxies,…)necontribue,aveclerayonnement,qu'àlahauteurde~5%.

Onarrivedoncàlastupéfianteconclusionquel'Universsensibleànossensdirectsn'estqu'uneinfimepart(5%)del'Universréeletquelamatièredontnoussommesconstituésn'estque«l'écume»d'un«océannoir»dontlespropriétésprécisessontencoreàdécouvrir.

Quelleestalorslanaturedecettematièresombre?Lapremièreidéefutbiensûrd'imaginerqu'ilpouvaits'agirdematière«ordinaire»(cellequiconstituelesétoiles, lesgalaxies, lavie…)mais sousuneformeoùellen'émettraitpeu ou pasde rayonnement sinon elle aurait été détectée par les instruments existants.Cettematière « noireordinaire » doitdonc être très froide (par exemple de l'hydrogène moléculaire) ou sous forme d'objetsstellairesquasioutotalementinvisibles(commedestrousnoirsoudes«étoilesratées»).

2-DesMACHOSauxWIMPS

Deseffortsconsidérables,surleplanobservationnel,ontétédéveloppésdanslesannées1990pourdéterminerlaquantité de «matière noire » qui se cacherait sous la forme la plus probable, celle de naines brunes. (1)Cesnainesbrunessontdesétoilestrèsfroides,voiredesétoiles«ratées»,c'est-à-diretroppeumassivespourdéclencherdesréactionsnucléairesenleursein.

Cesdernières pourraient par exemple peuplerengrandnombre lehalodesgalaxies.Danscecas,ellesdevraientêtreàl'origined'effetsde(micro)lentillesgravitationnelles,amplifiantl'éclatdesétoilesordinairesduhaloaucoursde leurrondemutuelle incessantedans lagalaxie.Commel'effetd'amplificationcrééparunMACHOesttrèsfaibleetfugace,il faut,pouravoirunechancede ledétecter,observerdesmillionsd'étoilesnormalespendantunelonguedurée.C'estcequiaétéfaitenbraquantdestélescopespendantdesannées,soitverslecentredelaVoieLactée,soitverslesnuagesdeMagellan,soitversAndromède.

Ces campagnes d'observation ont, en dépit de leur difficulté, été menées à terme et ontconfirmé que lacontributiondesnainesbrunes,àlamasseduhalo,restaitfaible(quelquespourcent)etinsuffisantepourrendrecompteparexempledelacourbederotationdesspirales.

Forceestdoncdesetournerversunautretypedematièrenoire,lesWIMP.(2)C'est-à-dire,envisagerdesparticules non ordinairese tneutres comme les particules prédites par les extensions du modèle standard dela



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PhysiquedesParticules.

Leneutrino,s'ilétaitmassif,constitueraitunexcellentcandidat,ayantlebongoûtd'êtreuneparticuledontl'existenceestavérée,puisquedétectédanslesaccélérateurs.Maisilestdésormaishorsdecourse,àla fois via l'aspect physique des particules (avec une masse mesurée nulle ou très faible) et via l'aspectcosmologiquecar exclu par son incapacité à assurer la bonne chronologie dansle mécanismede formation degalaxies.

3-Untélescopesous-marintournéverslecentredelaTerre!

Lescontraintes fourniespar la théoriesur lescaractéristiques (masse,capacitéd'interaction)decesWIMPsontencorepeusévères.Tenterdedétecterdetellesparticulesrestedoncunegageureexpérimentaleextraordinaire.Pourtant,seuleunedétectioneffectiveseralapreuveindiscutabledel'existenced'unetellematièreetpermettra,parlàmême,d'enconnaîtrelanature.

Uneméthodeditedirecte,consisteàtenterdecaptercesparticulesenlaboratoire,avecundétecteurapproprié.Unedifficultéprovientdu fait quepardéfinition, elles sontneutreset trèspeu interactives.Uneautredifficultéencoreunefoisestque lesdomainesd'explorationde leurscaractéristiques, préditespar lesmodèles théoriques,sontimmenses.

Enconséquence,bienqu'àprioritrèsnombreuses(3)dansle«halonoir»denotregalaxielaVoielactée,auseinduquel cesWIMPtransiteraientà~300km/s, le nombre d'interactions qu'elles auraient avec un détecteurappropriéplacésurTerreselimiteàquelquesunitésparjourpour1kgdecedétecteur.

Par ailleurs, ces éventuels évènementssont cachés parmiles « parasites » créés par les interactionsd'autresparticulesexistantes(commelesrayonscosmiquesconstituésdeprotonsoudenoyauxatomiquesprésentsdanslemilieuintergalactique)aveclesinstruments.Ilfautalorsconstruiredegrosinstrumentspouraugmenterlachanced'avoir unedétectionet placer cesdétecteursdematièrenoire au seindemines, de tunnelsprofonds,voireaufonddelamer.

Lecandidatactuellement«favori»pourlamatièrenoireestleneutralino,laparticulelapluslégèreprévueparlesmodèles de physique des particules dits "modèles super-symétriques".Ces modèles vont au-delà du modèlestandard en simplifiant la vision de notre monde physique au prix de la présence de nombreuses nouvellesparticulesassociéesàcellesdéjàconnues.

Cesnouvellesparticules,siellesexistentréellement,pourraientêtrepiégéesaucentredesobjetscélestesmassifscomme laTerreou leSoleil.Si,auseindecesastres, leurdensitéestsuffisante,cesparticulespourraientalorss'annihiler entre elles (l'anti-particule du neutralino est le neutralino lui-même), donnant naissance à d'autresparticulesénergétiquesdontdesneutrinos.Cesneutrinos,enprovenanceducentredelaTerreouduSoleil,pourraient être détectéspar un télescope spécialisébaptiséANTARESqui,placéau fondde lamer,«regarde»verslecentredelaTerre.



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Légende:ANTARESestuntélescopeàneutrinossituéà2400mètresdefondetoccupeunesurfaced'environundixièmedekm2,DanslefuturilseraremplacéparundétecteurdetaillekilométriqueenMéditerranée.Leschémamontre

les12lignesdephotomultiplicateurs(PMT)déployéesà40kmdelacôte.CréditCPPM.

ANTARESesteneffetuntélescopeàneutrinosous-marinencoursd'exploitationaulargedeToulon,à2400mètresdeprofondeur.Ildétecteradesneutrinosproduitssoitpardesastrestrèsénergétiquescommelesmicroquasars,lesrestesdesupernovaeoulesNoyauxActifsdeGalaxiesoudesévénementsissusdel'interactiondeneutrinostrèsénergétiquesprovenantdel'annihilationdelamatièrenoireforméedeneutralinos.

Légende : L'unité de base du détecteur est un module optique constitué d'un photomultiplicateur, de diversappareils et de l'électronique associée. L'ensembleestinstallé dans des sphères de verre résistant à la pression(250bars).

Pourdétecter lamatièrenoire,cen'estpasleneutrinorésultantdel'annihilationquiestdirectementdétecté.Ceneutrinoayant traversé la terreinteragitavec lamatièreenproduisantuneautreparticule (lemuon).Cedernierproduit,lorsdesapropagationdansl'eau,unrayonnementlumineuxCerenkovmesuréparlesphotomultiplicateurs.CréditCPPM.

Le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM :http://marwww.in2p3.fr/) joue un rôle moteur dansl'émergenced'unenouvelleastronomie.LeLAMparticipedesoncôtéauxcampagnesd'observation.

(1)AussiappelléesMACHO(MassiveHaloCompactObjects).(2)WIMPSpourWeaklyInteractingParticles.



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(3)Dequelquescentainesàplusieursdizainesdemilliersparcm3,selonleurmasse.

Page8/9-Laquêtedel'énergienoire

1-Deschandellestoujoursplusstandard

Comme on l'a vu précédemment, l'observation de Supernovae, considérées comme des chandellesstandard, indique que l'expansion de l'Univers s'accélère(résultat corroborépar d'autres méthodes)contrairementauxprédictionsdumodèledu«BigBangstandard».

Cerésultatn'estpasencontradictionaveclathéoriedelarelativitéd'Einsteinpuisqu'il«suffit»detrouverun«ContenuEnergie-Matière»ayantuneffetdegravitation«répulsive»etnon«attractive»commelefaitla matière (noire ou non).Cette découverterévèleen faitl'existence d'une nouvelle forme d'énergie appelée"Energie Noire".Cette énergieaurait despropriétés analogues àcellesque possède« l'énergie du vide » de laphysiquedesparticulesetdominerait(denouveau)ànotreépoqueladynamiquedel'Univers!

Après la phase de découverteau cours desannées 95, de nombreux efforts sont déployés pour avérerdéfinitivement cette phase d'accélération et surtout en identifier le moteur.L'enjeu se situe dans ladéterminationdelanaturedecetteénergienoire(et ladéterminationd'unepossibleévolutionavecletempscosmique)etsesconséquencesprofondespournotreconnaissancefondamentaledel'Universetdeseslois.

Légende:LacaméraMegaPrime(àgauche),construiteparleCEAestinstalléeautélescopeduCFHàHawaii.MegaPrimeestunecaméraconstituéed'unemosaïquede40CCD(àdroite).Cettecaméracouvreunchampde1degréx1degrésurleciel.Lasurfacecouvertepermet,avecdesobservationsséparéesdequelquesjours,detoujoursavoirdes

supernovaequiexplosentdanslazonedecielconsidérée.©CEA/CFH.

LeLAMet leCPPMcollaborentdanscetteperspectivesurdesprojetsconjoints. Ces projetssont basésentreautressurl'observationdesupernovaelointainesàl'aidedetélescopesausolouembarqués.Enparticulierces laboratoires participent àl'analyse dessupernovaeduSNLSobservées sur les télescopesCFHTàHawaiietVLTauChili.



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Légende:UnefractionimportantedesdistancesdessupernovaeduprogrammeSNLS'ontétémesuréesàl'aidedesspectrographesinstalléssurlestélescopesde8mconstituantleVLTàParanalauChili.©ESO.

Enparallèle,lesdeuxlaboratoiresparticipentàladéfinitiond'unspectrographequiserainstallésurlefutursatellitedédiéà lacaractérisationde l'énergienoireJDEM/SNAP(http://snap.lbl.gov/).Cet instrumentspatial fourniradesdonnéesd'unerichesseetd'uneprécisioninégaléesdanscedomaineenpleindéveloppement.

Légende:LeprojetdesatelliteSNAP(Supernova/AccelerationProbe)seracapablechaqueannéedemesurerladistancedemilliersdesupernovaelointainesetdecouvrirdevasteszonesducielpourdétecteretmesurerleseffetsdelentillegravitationnellecréésparlarépartitiondelamatièrenoiredansl'Univers.L'ensembledecesmesurespermettraderetracerl'histoiredel'expansioncosmiqueaucoursdes10derniersmilliardsd'annéesetdedéterminerlanaturede

l'énergienoireetsonéventuelleévolutionavecletempscosmique.©SNAP/LBL.



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2-Fugaces,précocesmaisprometteurs

L'accélérationde l'expansionde l'Universmiseenévidenceseraiten faitunévénement« récent»dans l'histoirecosmiquepuisquel'énergienoirequienseraitlemoteurne(re)gouverneraitladynamiquedel'Universquedepuis2ou3milliardsd'années.Avantcettephase,c'estenprincipelamatièrequidominaitcettedynamique,conduisantàla décélération de l'expansion.C'est ce que l'observation des Supernovae les plus lointaines et celled'autresastresmontrejusqu'àprésent.

Cependant,confirmerla«régularité»decetteexpansionsurdesduréescosmiquestrèsgrandesresteunobjectifpertinent. Pour cela, les Supernovae ne peuvent plus être de bonnes sondescar leur luminosité intrinsèque esttropfaible.Ilfautenvisagerd'utiliserlesastreslesplusénergétiquesquiexistentdansl'Univers.Cesastressontlessursautsgamma(ouGRB:GammaRayBurst)quipeuventêtre(durantunefractiondeseconde)aumoins100foisplus lumineuxque lessupernovae. Ces objets émettent dans la gamme des rayons γ,desrayonsX,dansledomainevisibleetdansl'infra-rouge.

Légende:LeprojetdesatelliteSVOM/ECLAIRpermettrad'observerlessursautsGammadanslesdomainesX,gammaetIR.Associéàdestélescopesausolsensiblesaurayonnementvisible,ilpermettral'observationsimultanéeetmulti-

longueurd'ondesdecesastresfurtifsetmystérieux

Desétudesencoursmontrentquecesétoilesenexplosionpourraientconstituer,commeleurssoeurssupernovae,deschandellesstandardd'uneportéeconsidérable.Deplus,lespluslointainsdecesastresseraientprobablementdes«représentants»destoutespremièresgénérationsd'étoilesjamaiscréées.Ilseraitpossibleenlesdécouvrantdevoirlespremièresétoilesdel'Universuneparune!

LeLAMestimpliqué,commeco-responsableetavecd'autreslaboratoiresfrançais,encollaborationaveclaChine,dansunprojetdesatellite(SVOM/ECLAIRS)dédiéà l'observationdecesobjetsencoretrèsmystérieux(http://www.oamp.fr/lam/projets/fich_eclairs.html)maistrèsprometteurspourlacosmologie.

Page9/9-PourallerplusloinetRemerciements

Alire:

--Clairsobscursducosmos-EditonsEllipses

"Cetteobscureclartéquitombedesétoiles"(Corneille)

Placée devant de nouvelles questions, la science connaît, sur des échelles de temps de l'ordre de quelquesdécennies,deschangementsprofondsquipeuventdébouchersurunbouleversementdesthéoriesoudesmodèles



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en cours, comme cela fut le cas parexemple avec la relativité et la physique quantique. Ces rupturesintellectuelles avec les modes de pensée antérieurs ouvrent la plupart du temps la voie à des avancéesinsoupçonnéespour la discipline considérée.Deplus, elles génèrent souvent denouveaux concepts jusquedanslesscienceshumainesetlaphilosophie.

Detelschangementsdans l'histoiredessciencessontnaturellement imprévisibles.Citonspourexemple lacélèbreconstatationdeLordKelvinquiàlafinduXIXesiècleplaignaitsesétudiantsd'arriverdanslacarrièrealorsquelaphysiqueétaitachevée:«(…)magnifiqueédificecomplet,superbe,définitif,avec,peutêtreuneoudeuxpetitesquestionsdedétail,uneavance inexpliquée de quarante-trois secondes d'arc par siècle dans le périhélie de la planèteMercure, et aussiunedistributiondurayonnementducorpsnoirquinecorrespondaitpasàl'attente,peudechoses,envérité(…)».

Cespointsmineursétaientenfaitàl'originedelarelativitéetdelaphysiquequantique!(...)

La cosmologie, aussi immémoriale que l'angoissante question des origines, est passée en un siècle du statut «métaphysique»àceluidescienceàpartentièreensedégageantdesaganguedemythesetde légendes.Elletoucheclairementàquelquechosed'essentielpourl'Homme.(...)

Noussommesleshabitantsd'uneplanèteanonymedansunegalaxieanonymeparmidesmilliardsd'autrespeuplantunUniversenexpansiondepuis14milliardsd'années.Maiscetterévolutioncoperniciennequiaremisencause laplacedel'Hommeaucentred'unUniversfaitpourluiestpeut-êtreinachevée.

Dans cet effort d'illumination toujours renouveléde la science, unnouveauparadigmeaux conséquences encoreinsoupçonnées a fait irruption au cours des dernières décennies. L'Univers semble dominé non par la matièreordinaire lumineuse, celle des planètes, des étoiles ou des êtres vivants. Il le serait en fait à la fois parde lamatière noire et de l'énergie noire. Ces deux constituants seraient les probables fossiles des instants les plusprimordiauxduCosmos.(...)

Le fil rougedecetouvrageseradepasserenrevue lesgrandesquestionsévoquéesci-dessusetauxquelles,cequ'onpeutappelerla«nouvellecosmologie»,tentederépondre.Ceseral'occasiondedécouvrirl'Universcommeobjet d'étude en soi et les astres qui le peuplent et d'étudier leur histoire. Ce sera l'opportunité de s'initier auxnotionsdephysique lesmieuxétabliesmaisaussi celled'évoquer leshypothèseset spéculationsengendréesparleursinsuffisancesàrendrecomptedefaitsobservés.

L'histoiredessciencesn'yserapasabsente,nonplusquesesconséquencessurl'histoiredesidées.

Quelquessitesweb:

L'Universetlacosmologie:

http://www.planck.fr/heading2.html(enfrancais)http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm(enanglais)

ImagesduCosmos:

http://www.cfht.hawaii.edu/HawaiianStarlight/http://eso.org/outreach/spec-prog/poshttp://hubblesite.org/http://www.nasa.gov/home/index.html?skipIntro=1/

Laphysiquedesparticules:

http://info.in2p3.fr/page/communication/grandpublic/grandpublic_sommaire.htm(enfrancais)http://info.in2p3.fr/page/communication/grandpublic/sitesgrandpublic.htm(enfrancais)



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http://public.web.cern.ch/public/Content/Chapters/AskAnExpert/AskAnExpert-en.html

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Cosmologie : quelle est notre place dans l'univers ? | Dossier