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L'ASTRONOMIE ET LES MYSTÈRES DU CIEL Comment les nouveaux moyens d'observation astronomique révèlent-ils les mystères du ciel?

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2 L'ASTRONOMIE ET LES MYSTÈRES DU CIEL Comment les nouveaux moyens d'observation astronomique révèlent-ils les mystères du ciel?

3 LE RÔLE DES TROUS NOIRS DANS L'ÉVOLUTION DE L'UNIVERS Dans quelle mesure les nouveaux moyens d'observation nous aident à decouvrir le rôle des trous noirs dans lévolution de lUnivers?

4 Toutes les théories sont toujours provisoires, dans le sens quelles sont seulement des hypothèses: on ne pourra jamais les prouver. STEPHEN HAWKING

5 LE CONTENU I.LES ONDES ÉLECTROMAGNETIQUES – PRÉSENTATION GÉNÉRALE II.LES MOYENS DOBSERVATION 1.Le télescope Hubble 2.Le satellit Planck 3.Lobservatoire Chandra 4.Le Fermi Gamma-Ray Space Telescope III.LÉVOLUTION DE LUNIVERS 1.L'Univers à ses débuts: Le Big Bang 2.L'Univers de nos jours: lexpansion 3.La fin de l'Univers: les théories IV.LES TROUS NOIRS 1.Généralités 2.Historique 3.Les quasars V.LE ROL DE TROUS NOIRS DANS LÉVOLUTION DE LUNIVERS VI.LA BIBLIOGRAPHIE VII.LÉQUIPE PÉDAGOGIQUE

6 LES ONDES ÉLECTROMAGNETIQUES

7 LE SPECTRE ÉLECTROMAGNETIQUE

8 PréfixeValeur E (Exa)10 18 P (Péta)10 15 T (Téra)10 12 G (Giga)10 9 K (kilo)10 3 c (centi)10 -2 n (nano)10 -6 p (pico) Type dondeLongeur donde (λ) Fréquence (ν) Ondes radio30 cm à 30 Km 9 KHz à 3000 GHz Micro-ondes 1 mm à 30 cm 3 Hz à 300 Hz Rayonnements Infrarouges780 nm à n m 3 THz à 405 THz Visible (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo, violet) 400 nm à 745 nm 405 THz à 750 Thz Rayonnements ultraviolet (UV)10 nm à 400 nm 750 Thz à 30 PHz Rayons X5 pm à 10 nm 30 Phz à 30 Ehz Rayonnements Gamma (γ) 5 pm 30 Ehz La longuer donde est la plus courte distance séparant deux points dune onde strictement identiques à un instant donné. La fréquence est, pour une unité de temps donnée le nombre de fois que le phénomène se reproduit identique à lui-même.

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10 LES MOYENS DOBSERVATION

11 LE TÉLESCOPE HUBBLE LANCEMENT24 avril 1990 ORGANISATIONNASA, ASE ALTITUDE590 km ORBITEElliptique basse TYPES DONDES Visible, ultraviolet, proche infrarouge Couplé à divers spectromètres et trois caméras : -une à large champ pour les objets faiblement lumineux -une autre à champ étroit pour les images planétaires -une réservée au domaine infrarouge.

12 DESCRIPTION TECHNIQUE DU TÉLESCOPE HUBBLE

13 LE SATELLIT PLANCK LANCEMENT14 mai 2009 ORGANISATIONESA ALTITUDE1.5 million km ORBITEHéliocentrique TYPES DONDES Micro-ondes, ondes radio, infrarouge Il observe lUnivers tel quil était il y a plus de 13 milliards dannées grâce à la lumière émise environ ans après sa naissance

14 DESCRIPTION TECHNIQUE DU SATELLIT PLANCK

15 LOBSERVATOIRE CHANDRA LANCEMENT23 juillet 1999 ORGANISATIONNASA, SAO, CXC ALTITUDE km ORBITEfortement elliptique TYPES DONDES Rayons X Il utilise des surfaces complexes (paraboliques et hyperboliques) dont la surface est recouverte d'iridium.

16 DESCRIPTION TECHNIQUE DU OBSERVATOIRE CHANDRA

17 LE FERMI GAMMA-RAY SPACE TELESCOPE LANCEMENT11 juin 2008 ORGANISATIONNASA+France, Italie, Japon, Suède ALTITUDE km ORBITEElliptique basse TYPES DONDES Rayonnements Gamma Il cherche pour des sources cosmiques, étudiées par lastronomie gamma, qui sont des accelérateurs naturels de particules.

18 Photographie prise par le Fermi Gamma-Ray Space Telescope (Rayonnement gamma) Photographie prise par le Satellit Planck (rayonnement de fond cosmologique – micro-ondes) LÉVOLUTION DE LUNIVERS

19 LE BIG BANG Cest la théorie accepté qui décrit l'explosion originelle qui aurait donné naissance à lUnivers. La matière et l'énergie se trouvaient concentrées en un seul point dont la masse et la température étaient infiniment, très élevées. Puis serait survenue cette explosion qui libéra toute cette énergie, à la suite de laquelle se forma en quelques milliards d'années le monde tel que nous le connaissons aujourd'hui.

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22 ÉCOUTEZ LE SON DU BIG BANG Le physicien John G. Cramer décrit le son comme un avion qui vole au-dessus de votre maison à une altitude de 100 m au milieu de la nuit.

23 LEXPANSION DE LUNIVERS

24 GÉNÉRALITÉS En cosmologie, l'expansion de l'Univers est le nom du phénomène qui voit à grande échelle les galaxies s'éloigner les unes des autres. Du point de vue observationnel l'expansion se traduit par une augmentation de la longueur d'onde de la lumière émise par les galaxies : c'est le phénomène de décalage vers le rouge.

25 LA COMPOSITION DE LUNIVERS -4 % matière ordinaire (atomes, molécules, étoiles, planètes) -22 % matière noire (particules inconnues, on les apprécie les effets à travers la dynamique des galaxies) -74 % énergie noire (de nature inconnue) Lexpansion de lUnivers saccélère sous l'effet de l'énergie noire dont les effets dynamiques sopposent à ceux de la gravitation.

26 LES POSSIBLES FORMES DE LUNIVERS

27 COMMENT NOUS DÉCOUVRONS LEXPANSION? L'accélération de l'expansion de l'Univers – le phénomène qui voit la vitesse de récession des galaxies par rapport à la Voie Lactée augmenter au cours du temps. La loi de Hubble - les galaxies s'éloignent les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance. La constante de Hubble (H 0 ) - la constante de proportionnalité existant aujourd'hui entre distance et vitesse de récession apparente des galaxies dans l'univers observable.

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29 LEFFET DOPPLER Leffet Doppler renseigne à la fois sur le mouvement des astres et sur les mouvements de matière à lintérieur de ces astres. Le décalage dune raie visible se produit soit vers le rouge, ce qui indique que létoile ou la galaxie séloigne, soit vers le bleu, si elle se rapproche.

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31 LA FIN DE LUNIVERS (THÉORIES)

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33 LE BIG RIP Il prédit que la densité de lUnivers se mettra à augmenter avec le temps, et ça malgré le fait que l'univers reste en expansion.

34 LE BIG CRUNCH Il désigne l'effondrement de l'univers à la fin d'une phase de contraction symétrique de la phase d'expansion faisant suite au Big Bang.

35 MORT THERMIQUE DE LUNIVERS LUnivers a déchu jusquà un état dabsence toute lénergie thermodynamique disponible, ainsi quil sest refroidi.

36 LES TROUS NOIRS

37 GÉNERALITÉS Cest un corps extrêmement dense dont le champ gravitationnel est si intense quil empêche toute forme de matière ou de rayonnement de sen échapper. Ainsi, même la lumière est captive dans un trou noir, par conséquent, ces objets celestes ont été nommes trous noirs. Dans le début du temps cosmologique les trous noirs ont eu une relation symbiotique avec les processus qui forment et développent les galaxies. Jusqu'à la découverte que la plupart (sinon tous) les galaxies ont un trou noir dans leur noyau,les trous noirs n'avaient aucune importance particulière dans les phases initiales d'Univers. Maintenant il y a une grande convinction que les trous noirs sont un point de départ dans la formation d'une galaxie

38 LA STRUCTURE DUN TROU NOIR SINGULARITÉ - région de l'espace- temps au voisinage de laquelle certaines quantités décrivant le champ gravitationnel deviennent infinies LHORIZON DES ÉVÉNEMENTS - La zone sphérique qui délimite la région doù lumière et matière ne peuvent séchapper LERGOSPHÈRE – la région située au voisinage d'un trou noir en rotation DISQUE DACCRÉTION - la matière en orbite autour dun trou noir

39 LES TROUS NOIRS SUPERMASSIFS Il existe des trous noirs qui peuvent contenir des masses provenant de milliards détoiles et retombant matière galactique et atteindre des tailles dépassant celle de notre Système Solaire. Ils sont connus comme les trous noirs supermassifs. Ils sont maintenant considérées comme les objets au centre de la spirale et dautres types de galaxies, ayant été construits à partir de millions détoiles et dautres matières convergeant vers lintérieur, comme si le déplacement dun drain. Leur rôle est de maintenir la galaxie de voler en éclats (et donc ses forces gravitationnelles sont le stabilisateur de la structure galactique).

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41 HISTORIQUE JOHN MICHELL ( ) Physicien, astronome et géologue britannique, le parent de la seismologie moderne.. PIERRE-SIMON DE LAPLACE ( ) Mathématicien, astronome et physicien français.

42 ALBERT EINSTEIN ( ) Physicien allemand. KARL SCHWARZCHILD ( ) Astrophysicien allemand. ROY KERR (1934-) Mathématicien neo-zélandais. STEPHEN HAWKING (1942-) Physicien théoricien et cosmologiste anglais.

43 LES QUASARS La gravité énorme dun trou noir attire les particules de léxterieur de lhorizon des événements jusquà ce que leurs vitesses sont accélérés à une vitesse proche de la lumière. La matière est littéralement déchiré à lentrée du trou noir. Comme ces particules se rapprochent,dechargements dénergie imense produisent des salves continues dénergie en dehors de lhorizon, un processus qui est responsable de la plupart des Quasars. Les quasars sont des objets extrêmement lumineux (la luminosité très élevée, comparable,même supérieure à celle dune galaxie entière). Ils ont été découverts comme sources intenses des ondes radio détectés par les télescopes radio.

44 La plupart des quasars sont si loin (mais certains plus récents se trouvent à proximité) que la lumière arrivant à terre à gauche la source Quasar, lorsque le jeune Univers était seulement denviron 1/4 -1/6 de sa taille actuelle. Ainsi, la plupart des quasars (plus de 75%) sont formés au début de lhistoire de lUnivers et beaucoup, en particulier les plus grands, sont devenus depuis, soit fortement diminués («dormants», avec parfois des poussées) soit éteints dans limage de temps daujourdhui. Depuis les trous noirs peuvent encore se former dans le temps cosmologique jeunes, cest à dire, récemment, à travers lUnivers, ils donnent naissance (généralement après des millions dannées) à des nouveaux quasars. Peut-être autant que 50% du rayonnement électromagnétique dans lUnivers est liée à Quasars autour des trous noirs.

45 LE QUASAR 3C273 Visible / Infrarouge

46 LE ROL DE TROUS NOIRS DANS LÉVOLUTION DE LUNIVERS

47 La longévité des trous noirs auraient un rapport avec la destinée ultime de lUnivers, quand toutes les étoiles se seront éteintes faute de combustible. Il ne restera plus que des trous noirs qui absorberont les cendres des étoiles puis faute de cendre les trous noirs sévaporeront et laisseront lUnivers vide à la température du Zéro absolu.

48 LA BIBLIOGRAPHIE -www.fr.wikipedia.org -www. astrosurf.com/luxorion/trounoir.htm -http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect20/A6 -www.hubblesite.org -www.cnrs.fr/cw/dossier/dosbig -http://fermi.gsfc.nasa.gov/ -chandra.harvard.edu -www.esa.int/planck -Les romans du Big Bang: La plus importante découverte scientifique de tous les temps, Simon Singh -Les trous noirs, Don Nardo

49 LÉQUIPE PÉDAGOGIQUE LES PROFESSEURS RÉFÉRENTS: -Ileana Patrichi (Physique) -Maria Popescu (Mathémathiques) LES PROFESSEURS COORDONATEURS: -Svetlana Bodnăraş (Français) -Angela Diţu (Français)


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