groupe de cosmologie
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Université de Genève Dépt. de Physique Théorique Groupe de cosmologie 50e anniversaire – 23 octobre 2004 1 / 17 Le groupe de cosmologie Nous vous invitons à un extraordinaire voyage dans l’espace et le temps... 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 2 / 17 Qu’est-ce que la cosmologie? Cosmologie « L’étude de l’Univers dans sa totalité et à grande échelle, de son origine, sa nature, son contenu et ses propriétés » Une machine à remonter le temps Big Bang La lumière des objets les plus éloignés a été émise il y a des milliards d’années. En les observant, nous pouvons remonter dans le temps et étudier l’Univers tel qu’il était dans le passé. 50e anniversaire – 23 octobre 2004 Présent ● ● ● ● 3 / 17 Cosmologie et physique fondamentale • Physique des particules • Accélérateurs de particules: des microscopes modernes • L’infiniment petit Energie / Température Temps • Observations cosmologiques • Téléscopes / satellites • L’infiniment grand 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 4 / 17 Quelques questions... Le contenu de l’Univers L’évolution de l’Univers • Formation des galaxies et des amas ? • Destin ultime de l’Univers (expansion éternelle ou collapse) ? • Evolution des structures à grande échelle ? • L’espace est-il plat, ouvert, fermé ? • Qu’est-ce que la matière noire ? • Qu’est-ce que l’énergie obscure ? • Quelle est la masse des neutrinos ? La nature de l’Univers La physique fondamentale • Existent-ils des dimensions supplémentaires ? • Origine des fluctuations primordiales ? • Description de l’Univers primordial ? • Théorie unifiée de la gravité et de la mécanique quantique ? 50e anniversaire – 23 octobre 2004 • La supersymétrie existe-t-elle ? • Description du potentiel inflationnaire ? • Liens avec la théorie des cordes ? • Comment décrire la physique des tous premiers instants (effets transplanckien, singularités, ...) ? ● ● ● ● 5 / 17 Les instruments de la cosmologie moderne Méthodes théoriques Simulations numériques Données observationnelles – analyse quantitative Téléscopes terrestres Téléscope spatiale Hubble 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● WMAP ● ● 6 / 17 La distribution des galaxies Une carte de l’Univers Distribution des galaxies • Reconstruction de la distribution de matière lumineuse de l’Univers • Chaque point (une galaxie) contient des centaines de milliers de milliards d’étoiles comme le Soleil • Les galaxies les plus éloignées nous montrent les conditions à l’enfance de l’Univers 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 7 / 17 2dF Galaxy Redshift Survey Un catalogue de plus de 200’000 galaxies ! 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 8 / 17 Le fonds diffus cosmique Penzias & Wilson en 1964 Le rayonnement cosmologique diffus • Découvert accidentellement par Penzias & Wilson en 1964 (ils obtiendront le Nobel de la Physique en 1978) T»3K • Il s’agit de « la lumière refroidie provenant de l’explosion initiale (Big Bang) » • Il se trouve partout dans l’Univers, avec une température de 3 K (soit -270 °C) 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 9 / 17 Les fluctuations de température dans le fonds diffus • Une photo de l’Univers tel qu’il se présentait 300’000 ans seulement après le Big Bang • La comparaison des prédictions théoriques avec les données, nous permet de déterminer plusieurs caractéristiques fondamentales de notre Univers Les empreintes de l’Univers Effet de la courbure spatiale 50e anniversaire – 23 octobre 2004 Différents modèles donnent différentes prédictions ● ● ● ● 10 / 17 Vers une cosmologie de haute précision Le satellite de la NASA WMAP est en train de délivrer des mesures du rayonnement cosmologique diffus d’une extrême précision Vol. 302, 12/2003 «Cosmos Sits for Early Portrait, Gives Up Secrets» Feb. 12th, 2003 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 11 / 17 De quoi est constitué l’Univers? Matière ordinaire 5% 5% Matière ordinaire (baryons) 25% Matière noire 70% Energie noire Matière noire 25% Energie noire 70% 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 12 / 17 Comprendre la formation et l’évolution des galaxies Galaxie dans la constellation d’Orion Nébuleuse “à tête de cheval” Galaxie de l’Aigle Galaxie M82 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 13 / 17 Les lentillles gravitationelles Distortions de la trajectoire de la lumière • La trajectoire des rayons de lumière est déviée par la présence d’objets massifs le long du chemin • Confirmation spectaculaire de la théorie de la relativité générale d’Einstein Déviation de la trajectoire et déformation • En observant des sources lointaines, nous pouvons reconstruire la présence de matière noire (massive) sur le chemin de la lumière Passage d’un trou noir 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 14 / 17 Remonter avant le Big Bang (pré-) Big Bang ? • Une description du Big Bang (luimême) nécessite une théorie quantique de la gravitation (théorie des cordes / M-théorie ?) • Utilisation des propriétés de dualité de la théorie des cordes pour construire de nouveaux modèles d’évolution cosmologique • Big Bang : est-ce vraiment une singularité ? singularité ? 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 15 / 17 Dimensions supplémentaires 6 dimensions compactes M-théorie • 1 dimension temporelle univers visible • 10 dimensions spatiales • Offre une solution au problème de « hiérarchie » : pourquoi la masse (ou l’énergie) de Planck est-elle si grande par rapport aux autres échelles d’énergie connues ? 1+3 brane cachée 1+3 1 Nombre de dimensions: 1+10 1 temps 3 espace 6 compactes 1 dim extra (large) 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 16 / 17 Au revoir ! Sur notre page web : http:// theory.physics.unige.ch/~fiteo/cosmology.html ou bien en cherchant avec Google: “Geneva Cosmology Group” 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● 17 / 17
