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La cartographie et la structure de l'Univers. Gilles Theureau, Astronome à l'Observatoire de Paris, directeur de la Station de Radioastronomie de Nançay.
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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
