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La cosmologie moderne: Le Big Bang Martin GIARD, CESR-CNRS

La cosmologie moderne: Le Big Bang Martin GIARD, CESR-CNRS

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La cosmologie moderne: Le Big Bang

Martin GIARD, CESR-CNRS

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L’expansion de l’Univers:

Hubble (1929) mesure la « récession » des galaxies lointaines grâce au télescope de 1,5 mètres du Mt Wilson

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L’expansion de l’Univers:

Hubble (1929) mesure la « récession » des galaxies lointaines

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L’expansion de l’Univers:

67 ans plus tards grâce aux Supernovae de type Ia, et le télescope spatial Hubble : Riess, Press and Kirshner (1996)

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L’expansion de l’Univers:

(x, y, z) = R(t) (x0, y0, z0); R(t) croissantUne homothétie continuelle => Le centre est arbitraire

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R(t) : le facteur d’expansion

Aujourd’hui

R(t

)

+10 milliard d’années-10 milliard d’années

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L’expansion de l’Univers:

La relativité générale permet de calculer R(t) en fonction du contenu de l’Univers, p (pression), (densité) :

La grosse équation de Friedman et Lemaître

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R(t) : le facteur d’expansion

Valeur de la densité lorsque t = 1 nano-seconde:

447 225 917 218 507 401 284 016 g/cm3

Changement de 1g/cm3 en + ou en - => Univers ouvert ou fermé !

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380 000 ans

15 000 000 ans

Univers ionisé

Univers neutre

30 minutesUnivers nucléaire

Quarks

Matière / Antimatière

10-43 secondes????

Formation des étoiles et des galaxies

300 000 000 K

3000 Kelvin

2,73 Kelvin

1032 Kelvin

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Le futur de l’Univers

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L’Univers vu depuis la terre:

=> Preuves et prédictions du Big-Bang

=> Le scénario de nos origines

Photons cosmologiques :

T = 2,73 K

Univers neutre

Univers ionisé

Surface de dernière diffusionLa Galaxie

Big bang

Structuration de l’Univers

Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000

z = 0 1 10 1000

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Preuves et prédictions du Big-Bang:

L’expansion de l’Univers

Le rayonnement fossile

Les abondances de H, He, D

La formation des galaxies et des amas de galaxies

L’expansion de l’Univers

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Ciel visible un soir d’été

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La Voie Lactée = Notre Galaxie:La Voie Lactée = Notre Galaxie:

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Ciel visible

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La Galaxie NCG 891

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L’Univers vu depuis la terre:

=> Preuves et prédictions du Big-Bang

=> Le scénario de nos origines

Photons cosmologiques :

T = 2,73 K

Univers neutre

Univers ionisé

Surface de dernière diffusionLa Galaxie

Big bang

Structuration de l’Univers

Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000

z = 0 1 10 1000

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L’Univers vu depuis la terre:

=> Preuves et prédictions du Big-Bang

=> Le scénario de nos origines

Photons cosmologiques :

T = 2,73 K

Univers neutre

Univers ionisé

Surface de dernière diffusionLa Galaxie

Big bang

Structuration de l’Univers

Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000

z = 0 1 10 1000

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Ciel micro-onde: 30 GHz à 300 GHz

Le rayonnement fossile:

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Le rayonnement fossile:

Détecté par Penzias et Wilson (1965)

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Le rayonnement fossile: Spectre de corps noir a 2,725 Kelvin, mesuré très précisement par le satellite COBE (1996)

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Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002

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-270,4252° -270,4248°

Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002 La Voie Lactée + Le Rayonnement fossile

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Températures en échelles de couleur:

-270,4252° -270,4248°

océans continents

5° 25° -55° 35°

ciel

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Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002

=> Rayonnement Fossile

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Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002 => Analyse en fréquences de l’image (Projection sur la base des harmoniques sphériques)

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Preuves et prédictions du Big-Bang:

L’expansion de l’Univers

Le rayonnement fossile

Les abondances de H, He, D

La formation des galaxies et des amas de galaxies

L’expansion de l’Univers

Le rayonnement fossile

La formation des galaxies et des amas de galaxies

Page 28: La cosmologie moderne: Le Big Bang Martin GIARD, CESR-CNRS

L’Univers vu depuis la terre:

=> Preuves et prédictions du Big-Bang

=> Le scénario de nos origines

Photons cosmologiques :

T = 2,73 K

Univers neutre

Univers ionisé

Surface de dernière diffusionLa Galaxie

Big bang

Structuration de l’Univers

Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000

z = 0 1 10 1000

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La Galaxie NCG 891

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Il y a des milliards de milliards de galaxies !

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Parfois les galaxies sont regroupées en amas :

Les endroits qui étaient un peu plus denses que le reste après le big-bang.

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Les galaxies sont regroupées en amas de galaxies et grandes structures filamentaires:

Relevé australien 2dF

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Flu

ctua

tions

de

dens

ité

Echelle (106 années lumière)

Les fluctuations de densité:galaxies locales rayonnement fossile !

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Fluctuations de densité dans l’Univers à 380 000 ans

=> Les galaxies et les super-amas par gravitation

Simulation

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Fluctuations de densité dans l’Univers à 380 000 ans

=> Les galaxies et les super-amas par gravitation

Simulation

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Preuves et prédictions du Big-Bang:

L’expansion de l’Univers

Le rayonnement fossile

Les abondances de H, He, D

La formation des galaxies et des amas de galaxies

L’expansion de l’Univers

Le rayonnement fossile

La formation des galaxies et des amas de galaxies

Les abondances de H, He, D

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Nucléosynthèse des 30 premières minutes:

76 % Hydrogène

24% Hélium 4

+ Deutérium, Hélium 3 et Lithium

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5% de matière normale seulement !

Le reste ? Matière Sombre = 33%

Energie Sombre = 62 %

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Sites WEB à visiter:

http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm

http://www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/cos_home.html

Ned Wright :

Cambridge University (UK) :

http://background.uchicago.edu/~whu/beginners/introduction.html

Waine Hu :

http://www.hep.upenn.edu/~max/index.html

Max Tegmark :