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

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

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

3 Lexpansion de lUnivers: Hubble (1929) mesure la « récession » des galaxies lointaines

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

5 Lexpansion de lUnivers: (x, y, z) = R(t) (x 0, y 0, z 0 ); R(t) croissant Une homothétie continuelle => Le centre est arbitraire

6 R(t) : le facteur dexpansion Aujourdhui R(t) +10 milliard dannées-10 milliard dannées

7 Lexpansion de lUnivers: La relativité générale permet de calculer R(t) en fonction du contenu de lUnivers, p (pression), (densité) : La grosse équation de Friedman et Lemaître

8 R(t) : le facteur dexpansion Valeur de la densité lorsque t = 1 nano-seconde: 447 225 917 218 507 401 284 016 g/cm 3 Changement de 1g/cm 3 en + ou en - => Univers ouvert ou fermé !

9 380 000 ans 15 000 000 ans Univers ionisé Univers neutre 30 minutes Univers nucléaire Quarks Matière / Antimatière 10 -43 secondes ???? Formation des étoiles et des galaxies 300 000 000 K 3000 Kelvin 2,73 Kelvin 10 32 Kelvin

10 Le futur de lUnivers

11 LUnivers 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 diffusion La Galaxie Big bang Structuration de lUnivers Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 01 101000

12 Preuves et prédictions du Big-Bang: Lexpansion de lUnivers Le rayonnement fossile Les abondances de H, He, D La formation des galaxies et des amas de galaxies Lexpansion de lUnivers

13 Ciel visible un soir dété

14 La Voie Lactée = Notre Galaxie:

15 Ciel visible

16 La Galaxie NCG 891

17 LUnivers 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 diffusion La Galaxie Big bang Structuration de lUnivers Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 01 101000

18 LUnivers 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 diffusion La Galaxie Big bang Structuration de lUnivers Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 01 101000

19 Ciel micro-onde: 30 GHz à 300 GHz Le rayonnement fossile:

20 Détecté par Penzias et Wilson (1965)

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

22 Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002

23 -270,4252°-270,4248° Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002 La Voie Lactée + Le Rayonnement fossile

24 Températures en échelles de couleur: -270,4252°-270,4248° océans continents 5°25° -55°35° ciel

25 Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002 => Rayonnement Fossile

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

27 Preuves et prédictions du Big-Bang: Lexpansion de lUnivers Le rayonnement fossile Les abondances de H, He, D La formation des galaxies et des amas de galaxies Lexpansion de lUnivers Le rayonnement fossile La formation des galaxies et des amas de galaxies

28 LUnivers 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 diffusion La Galaxie Big bang Structuration de lUnivers Distance (années lumière) 100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 01 101000

29 La Galaxie NCG 891

30

31 Il y a des milliards de milliards de galaxies !

32 Parfois les galaxies sont regroupées en amas : Les endroits qui étaient un peu plus denses que le reste après le big-bang.

33 Les galaxies sont regroupées en amas de galaxies et grandes structures filamentaires: Relevé australien 2dF

34 Fluctuations de densité Echelle (10 6 années lumière) Les fluctuations de densité: galaxies locales rayonnement fossile !

35 Fluctuations de densité dans lUnivers à 380 000 ans => Les galaxies et les super-amas par gravitation Simulation

36 Fluctuations de densité dans lUnivers à 380 000 ans => Les galaxies et les super-amas par gravitation Simulation

37 Preuves et prédictions du Big-Bang: Lexpansion de lUnivers Le rayonnement fossile Les abondances de H, He, D La formation des galaxies et des amas de galaxies Lexpansion de lUnivers Le rayonnement fossile La formation des galaxies et des amas de galaxies Les abondances de H, He, D

38 Nucléosynthèse des 30 premières minutes: 76 % Hydrogène 24% Hélium 4 + Deutérium, Hélium 3 et Lithium

39 5% de matière normale seulement ! Le reste ? Matière Sombre = 33% Energie Sombre = 62 %

40 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 :


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