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

L’expansion de l’Univers: Hubble (1929) mesure la « récession » des galaxies lointaines grâce au télescope de 1,5 mètres du Mt Wilson

L’expansion de l’Univers: Hubble (1929) mesure la « récession » des galaxies lointaines

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)

L’expansion de l’Univers: (x, y, z) = R(t) (x0, y0, z0); R(t) croissant Une homothétie continuelle => Le centre est arbitraire

R(t) : le facteur d’expansion -10 milliard d’années Aujourd’hui +10 milliard d’années

L’expansion de l’Univers: La relativité générale permet de calculer R(t) en fonction du contenu de l’Univers, p (pression), r (densité) : La grosse équation de Friedman et Lemaître

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 !

2,73 Kelvin 15 000 000 ans Formation des étoiles et des galaxies Univers neutre 3000 Kelvin 380 000 ans Univers ionisé 300 000 000 K 30 minutes Univers nucléaire Matière / Antimatière Quarks 1032 Kelvin 10-43 secondes ????

Le futur de l’Univers

L’Univers vu depuis la terre: => Preuves et prédictions du Big-Bang => Le scénario de nos origines Univers neutre Univers ionisé Structuration de l’Univers Big bang Photons cosmologiques : T = 2,73 K Surface de dernière diffusion La Galaxie Distance (années lumière)  100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 0 1 10 1000

Preuves et prédictions du Big-Bang: L’expansion de l’Univers L’expansion de l’Univers Le rayonnement fossile La formation des galaxies et des amas de galaxies Les abondances de H, He, D

Ciel visible un soir d’été

La Voie Lactée = Notre Galaxie:

Ciel visible

La Galaxie NCG 891

L’Univers vu depuis la terre: => Preuves et prédictions du Big-Bang => Le scénario de nos origines Univers neutre Univers ionisé Structuration de l’Univers Big bang Photons cosmologiques : T = 2,73 K Surface de dernière diffusion La Galaxie Distance (années lumière)  100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 0 1 10 1000

Surface de dernière diffusion L’Univers vu depuis la terre: => Preuves et prédictions du Big-Bang => Le scénario de nos origines Univers neutre Univers ionisé Structuration de l’Univers Big bang Photons cosmologiques : T = 2,73 K Surface de dernière diffusion La Galaxie Distance (années lumière)  100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 0 1 10 1000

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

Le rayonnement fossile: Détecté par Penzias et Wilson (1965)

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

Image du ciel micro-onde : satellite WMAP 2002

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

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

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

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

Preuves et prédictions du Big-Bang: L’expansion de l’Univers L’expansion de l’Univers Le rayonnement fossile Le rayonnement fossile La formation des galaxies et des amas de galaxies La formation des galaxies et des amas de galaxies Les abondances de H, He, D

Structuration de l’Univers L’Univers vu depuis la terre: => Preuves et prédictions du Big-Bang => Le scénario de nos origines Univers neutre Univers ionisé Big bang Photons cosmologiques : T = 2,73 K Surface de dernière diffusion La Galaxie Structuration de l’Univers Distance (années lumière)  100 1000 000 000 15 000 000 000 z = 0 1 10 1000

La Galaxie NCG 891

Il y a des milliards de milliards de galaxies !

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

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

Les fluctuations de densité: galaxies locales  rayonnement fossile ! Echelle (106 années lumière)

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

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

Preuves et prédictions du Big-Bang: L’expansion de l’Univers L’expansion de l’Univers Le rayonnement fossile Le rayonnement fossile La formation des galaxies et des amas de galaxies La formation des galaxies et des amas de galaxies Les abondances de H, He, D Les abondances de H, He, D

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

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

Sites WEB à visiter: Ned Wright : http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmolog.htm Cambridge University (UK) : http://www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/cos_home.html Waine Hu : http://background.uchicago.edu/~whu/beginners/introduction.html Max Tegmark : http://www.hep.upenn.edu/~max/index.html