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Introduction à la cosmologie. Etude globale des caractéristiques de lUnivers Cosmos complexe Densité très faible: ~10 -26 kg.m-3 Emission lumineuse: ~10.

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1 Introduction à la cosmologie

2 Etude globale des caractéristiques de lUnivers Cosmos complexe Densité très faible: ~ kg.m-3 Emission lumineuse: ~ W.m-3 Composition chimique très curieuse Univers en « expansion »: distance entre les galaxies augmentent avec le temps Amibition première de la cosmologie: Détermination de létat actuel, thermique, chimique et structurel de lunivers à partir des conditions qui régnaient dans lunivers « primordial » Quest-ce que la cosmologie?

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11 Les éléments constituants de l'Univers Etoiles: Naines rouges, Soleil, Novae (cours de Philippe Dubuisson) Galaxies (Ce cours) Amas de galaxies (Ce cours) Nébuleuses Tours noirs Quasars Supernovae

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13 Supernova 1604, également connue sous le nom de Supernova de Kepler

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17 Trois formes diffèrentes de l'Univers Luminet, J.P.. Les Dossiers de la Recherche n.21 "Explorer le cosmos", novembre 2005,87-89

18 Le projet Hubble a donné la détermination optique la plus précise en Mai 2001 avec une estimation finale de 72±8 (km/s)/Mpc. WMAP satellite, 2003: 71±4 (km/s)/Mpc 2012: 74.3 ± 2.1 (km/s)/Mpc Planck satellite: 63 (km/s)/Mpc, (2013)

19 Historique (1/3) 1963: Découverte du fond diffus cosmologique par Penzias et Wilson à l'aide d'un radiotélescope – Observation du halo de notre Galaxie à λ=7.3cm – Détection d'un signal supérieur à celui prévu – Recherche de contributions parasites: ciel, antenne, détecteurs,... – Contributions trop faibles pour expliquer l'excès de signal observé – De plus, signal isotrope, non polarisé et constant dans le temps

20 Radio télescope de Holmdel (laboratoires Bell Labs) ayant permis à Penzias et Wilson la découverte du fonds diffus cosmologique.

21 Historique (2/3) Aide de théoriciens: Dicke, Peebles, Roll et Wilkinson Après confrontation --> Détection du rayonnement fossile de l'Univers primordial prévu par les modèles de type Big Bang Deux articles fondateurs en 1965 dans la revue américaine The Astrophysical Journal – Découverte d'un rayonnement électromagnétique diffus et isotrope, non polarisé, sans aucune variation de type saisonnier en provenance de l'Univers – Interprétation donnée: une radiation « émise » par l'Univers alors qu'il était dans une phase primordiale très chaude et dense

22 Historique (3/3) Un tel rayonnement diffus cosmologique de quelques degrés K avait été prédit par Georges Gamow en 1949 – Rayonnement émis par l'Univers tout entier environ ans après le Big Bang – Spectre de corps noir à la température actuelle de l'Univers Observations à une autre longueur d'onde:λ=3cm -->Première estimation de la température du rayonnement: 3.0 +/- 0.5 K Dès 1966, la nature du spectre est vérifiée entre λ=2.6mm et 21 cm

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25 des anisotropies étaient détectées dans le rayonnement cosmologiques, révélant des fluctuations de température de l'ordre de 5*10 6, à la limite des conditions de validité des théories. une photo de l'Univers il y 13 milliards d'années !

26 carte de la sphère céleste montrant les fluctuations (ou anisotropie) du fond diffus cosmologique observées par le satellite COBE (1993) et WMAP (juin 2003)

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28 Fond diffus cosmologique obtenu par le satellite Planck (http://public.planck.fr/)

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31 Abondances d'4He (en fraction de masse), D, d'3He et d'7Li (en nombre relativement à l'hydrogène) en fonction du rapport eta du nombre de baryons au nombre de photons (échelle du bas) et de la quantité Omega_b h2 (échelle du haut). L'épaisseur du trait correspond aux incertitudes du calcul effectué à partir de simulations de type Monte-Carlo. Les régions horizontales hachurées repésentent les abondances primordiales de D, d'3He et d'7Li déduites des observations spectroscopiques. Une limite supérieure pour le d'7Li est également donnée (en tiretés). La bande verticale turquoise représente les contraintes imposées par les observations du satellite WMAP. observées des éléments légers. Les rectangles indiquent les boîtes d'erreur. Coc et al. 2004, ApJ 600, 544

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33 Type d'objetDimensionRapport M/L% de matière sombre Environnement solaire100 pc3 – 533 Galaxies spirales30-50 kpc10 – Systèmes binaires kpc20 – 3090 Groupes Mpc50 – Amas1-5 Mpc200 – 25099

34 Matière noire en violet, dans la galaxie CL Crédits : Jee et al. 2005, Astrophysical Journal

35 La matière Noire


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