Histoire de l`univers
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Nouvel élan de la cosmologie Deuxième partie De 1970 à 1998 Joëlle Pire 1 Vera Rubin 1970 Des vitesses à problème Etude de la vitesse de rotation des étoiles au sein des galaxies spirales La vitesse devrait diminuer à mesure que la distance au noyau galactique augmente Les prédictions de vitesse sont calculées à partir de la masse des objets visibles (Newton et Kepler) Au contraire la vitesse dans les bras spiraux est quasi constante. Problème similaire à celui relevé par Fritz Zwicky et Sinclair Smith en 1933 Joëlle Pire 2 Galaxie d'Andromède John Lanoue, photo de M31, galaxie d'Andromède http://wwwlapp.in2p3.fr/~taillet/dossier_matiere_noire/ images/m74_gemini_big.jpg Joëlle Pire 3 Etoile Vitesse Vitesse Noyau de la galaxie Orbite étoile Newton : Loin du centre, la force de gravitation et la vitesse diminuent. Observations : Les vitesses sont constantes Joëlle Pire 4 Newton V = G.M / R R = distance au centre du noyau M = masse du noyau G = 6,67. Joëlle Pire -11 N . m2/kg2 5 Supposition : matière noire Pour expliquer cette dynamique, on suppose la présence d'un halo de matière noire autour des galaxies spirales dont la masse serait 5 à 10 fois plus importante que celle des galaxies. 90% de la matière de l'Univers serait composé de cette matière noire, invisible par nos instruments dont la nature reste encore inconnue. L'étude sur plus de 200 autres galaxies confirme ces résultats. Joëlle Pire 6 Matière noire Les lourds grumeaux sont trop légers pour expliquer l’existence des galaxies etc.… grumeaux doivent être 10 fois plus lourds existence matière « noire » invisible Joëlle Pire 7 Répartition hétérogène des galaxies D'autre part, la matière noire semble requise pour réconcilier les observations avec la théorie canonique selon laquelle les grandes structures, galaxies et amas, se forment à partir de petites fluctuations primordiales de densité qui croissent ensuite par instabilité gravitationnelle. Joëlle Pire 8 Balances cosmiques La « masse lumineuse » = masse déduite de la présence des étoiles et des gaz qui émettent un rayonnement électromagnétique La masse dynamique = masse véritable, déduite de son influence gravitationnelle. Lentille gravitationnelle Masse dynamique = 100 . Masse lumineuse ! Joëlle Pire 9 Observateur Joëlle Pire 10 NASA/ESA/STSCI/HST. Détail Joëlle Pire 11 L’essentiel de la masse des galaxies est invisible En analysant les images déformées des galaxies, on construit un carte de densité de matière noire Masse cachée = matière noire = 10. masse des galaxies Joëlle Pire 12 Observation de l'explosion d'une étoile en supernova Phénomène difficilement observable depuis la Terre (8 observations en presque 2000 ans) L’explosion propulse dans l’espace des atomes synthétisés au sein de l’étoile des hautes énergies qui engendrent l’apparition de nouveaux atomes plus lourds que le fer tels le Cu, Pb, Hg, Au. Accroissement considérable de son éclat durant quelques jours à quelques semaines Joëlle Pire 13 Grand Nuage de Magellan Etoile avant explosion Supernova SN 1987A Joëlle Pire Février 1987, époque de son maximum d'éclat 14 Expansion accélérée de l’Univers En 1998, les supernovae lointaines apparaissent moins lumineuses que prévu. Leur distance est supérieure à celle déduite de leur décalage vers le rouge (Redshift) L’Expansion de l’ Univers accélère Résultats confirmés par l’observation du télescope spatial Chandra d’une supernova loin de 10 milliards d’ années lumière De 0 à 4 milliards d’années : expansion freinée par la gravité De 4 à 13,7 milliards d’années : accélération de l’expansion Joëlle Pire 15 Explication de l’accélération Il existerait d’une force répulsive à grande échelle, capable de contrer la force d’attraction des corps célestes. Cette force théorique mystérieuse est nommée « énergie sombre » Joëlle Pire 16 Carte d’identité de l’ Univers Age connu : 13.7 milliards d’années Evolution : en expansion accélérée Taille : Univers a priori infini Taille de la partie visible : horizon est à 50 milliards d’année-lumière Contenu : tout ce qui a de l’ énergie contribue à la gravitation Joëlle Pire 17 Contenu Rayonnement (photons, neutrinos) = particules sans masse ou presque Matière : les particules connues (matière ordinaire) et matière noire (nature inconnue) Energie noire ( nature inconnue) : responsable de l’expansion de l’ Univers, donne lieu à une gravité répulsive Joëlle Pire 18 Joëlle Pire 19 Origine de la masse Bosons de Higgs • Agents provoquant des ruptures de symétrie • Agents donnant de la masse Tel un personnage connu qui entrerait dans une foule, le boson de Higgs ralentirait au fur et à mesure de sa progression créant une certaine inertie Joëlle Pire 20 Le modèle standard Joëlle Pire 21 Bibliographie et ressources Sébastien GUERET http://www.astropolis.fr/articles/Biographies-des-grands-savants-etastronomes/Edwin-Hubble/astronomie-Edwin-Hubble.html http://www.astrosurf.com/luxorion/cosmos-creation3.htm Quand l’Univers fait boum ! Elémentaire N°7, de l’infiniment petit à l’infiniment grand, http://elementaire.web.lal.in2p3.fr/ http://wwwlapp.in2p3.fr/~taillet/dossier_matiere_noire/matiere_noire3c.php http://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re_noire http://www.astropolis.fr/articles/histoire-de-l'univers/le-destin-de-l'univers/ledestin-de-l'univers.html http://www.astropolis.fr/articles/histoire-de-l'univers/le-destin-de-l'univers/ledestin-de-l'univers.html http://www.ulb.ac.be/sciences/astro/cd/stellaire/stellaire.htm#SN1987A « Les étoiles on leur doit tout » Sciences et vie Junior , Hors série N° 81 avril 2010 « Energie sombre. La cosmologie peut-elle s »en passer ? » Pour la science, août 2009, N°382 Cosmologie, Pour la science, juin 2003, « le nouvel élan de la cosmologie » Pour la science, novembre 2007, N° 361, Joëlle Pire 22 A la recherche de la « particule de Dieu », Guy Duplat, 16/08/2008 http://www.lalibre.be/societe/sciences-sante/article/439477/a-la-recherche-de-laparticule-de-dieu.html Pourquoi l’ Univers accélère-t-il ? Dossier cosmologie; La r’echerche, mars 2005 N°384 Les 44 étages de l'Univers , René Cuillierier in Science & vie junior, 213 (Juin 2007). Le Modèle standard, élémentaire N°6, de l’infiniment petit à l’infiniment grand (CERN) Top Ten Mysteries of the Universe. edu-resources.web.cern.ch/EDU-Resources/Top10Mysteries_2006.ppt On croyait l’Univers fixe, il grandit Science & vie junior N°197, février 2006 Joëlle Pire 23
