Dépt. de Physique Théorique Université de Genève Dépt. de Physique Théorique Groupe de cosmologie 50e anniversaire – 23 octobre 2004

Le groupe de cosmologie Nous vous invitons à un extraordinaire voyage dans l’espace et le temps... 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Qu’est-ce que la cosmologie? « L’étude de l’Univers dans sa totalité et à grande échelle, de son origine, sa nature, son contenu et ses propriétés » Une machine à remonter le temps Big Bang Présent La lumière des objets les plus éloignés a été émise il y a des milliards d’années. En les observant, nous pouvons remonter dans le temps et étudier l’Univers tel qu’il était dans le passé. 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Cosmologie et physique fondamentale Physique des particules Accélérateurs de particules: des microscopes modernes L’infiniment petit Energie / Température Temps Observations cosmologiques Téléscopes / satellites L’infiniment grand 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Quelques questions... Le contenu de l’Univers L’évolution de l’Univers Formation des galaxies et des amas ? Destin ultime de l’Univers (expansion éternelle ou collapse) ? Evolution des structures à grande échelle ? L’espace est-il plat, ouvert, fermé ? Qu’est-ce que la matière noire ? Qu’est-ce que l’énergie obscure ? Quelle est la masse des neutrinos ? La nature de l’Univers La physique fondamentale Existent-ils des dimensions supplémentaires ? Origine des fluctuations primordiales ? Description de l’Univers primordial ? Théorie unifiée de la gravité et de la mécanique quantique ? La supersymétrie existe-t-elle ? Description du potentiel inflationnaire ? Liens avec la théorie des cordes ? Comment décrire la physique des tous premiers instants (effets trans- planckien, singularités, ...) ? 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Les instruments de la cosmologie moderne Méthodes théoriques Simulations numériques Données observationnelles – analyse quantitative Téléscopes terrestres Téléscope spatiale Hubble WMAP 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

La distribution des galaxies Une carte de l’Univers Distribution des galaxies Reconstruction de la distribution de matière lumineuse de l’Univers Chaque point (une galaxie) contient des centaines de milliers de milliards d’étoiles comme le Soleil Les galaxies les plus éloignées nous montrent les conditions à l’enfance de l’Univers 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

2dF Galaxy Redshift Survey Un catalogue de plus de 200’000 galaxies ! 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Le fonds diffus cosmique Penzias & Wilson en 1964 Le rayonnement cosmologique diffus T » 3 K Découvert accidentellement par Penzias & Wilson en 1964 (ils obtiendront le Nobel de la Physique en 1978) Il s’agit de « la lumière refroidie provenant de l’explosion initiale (Big Bang) » Il se trouve partout dans l’Univers, avec une température de 3 K (soit -270 °C) 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Les fluctuations de température dans le fonds diffus Les empreintes de l’Univers Une photo de l’Univers tel qu’il se présentait 300’000 ans seulement après le Big Bang La comparaison des prédictions théoriques avec les données, nous permet de déterminer plusieurs caractéristiques fondamentales de notre Univers Effet de la courbure spatiale Différents modèles donnent différentes prédictions 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Vers une cosmologie de haute précision Le satellite de la NASA WMAP est en train de délivrer des mesures du rayonnement cosmologique diffus d’une extrême précision Vol. 302, 12/2003 «Cosmos Sits for Early Portrait, Gives Up Secrets» Feb. 12th, 2003 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

De quoi est constitué l’Univers? Matière ordinaire 5 % 5% Matière ordinaire (baryons) 25% Matière noire 70% Energie noire Matière noire 25% Energie noire 70% 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Comprendre la formation et l’évolution des galaxies Galaxie dans la constellation d’Orion Nébuleuse “à tête de cheval” Galaxie M82 Galaxie de l’Aigle 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Les lentillles gravitationelles Distortions de la trajectoire de la lumière La trajectoire des rayons de lumière est déviée par la présence d’objets massifs le long du chemin Confirmation spectaculaire de la théorie de la relativité générale d’Einstein En observant des sources lointaines, nous pouvons reconstruire la présence de matière noire (massive) sur le chemin de la lumière Déviation de la trajectoire et déformation Passage d’un trou noir 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Remonter avant le Big Bang (pré-) Big Bang ? Une description du Big Bang (lui-même) nécessite une théorie quantique de la gravitation (théorie des cordes / M-théorie ?) Utilisation des propriétés de dualité de la théorie des cordes pour construire de nouveaux modèles d’évolution cosmologique Big Bang : est-ce vraiment une singularité ? singularité ? 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

Dimensions supplémentaires 6 dimensions compactes M-théorie 1 dimension temporelle 10 dimensions spatiales Offre une solution au problème de « hiérarchie » : pourquoi la masse (ou l’énergie) de Planck est-elle si grande par rapport aux autres échelles d’énergie connues ? univers visible 1+3 brane cachée 1+3 1 Nombre de dimensions: 1+10 1 temps 3 espace 6 compactes 1 dim extra (large) 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ●

http:// theory.physics.unige.ch/~fiteo/cosmology.html Au revoir ! Sur notre page web : http:// theory.physics.unige.ch/~fiteo/cosmology.html ou bien en cherchant avec Google: “Geneva Cosmology Group” 50e anniversaire – 23 octobre 2004 ● ● ● ● Réalisation Roberto Trotta Avec la collaboration de Cyril Cartier Crédits pour les images Hubble Space Telescope Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Team Ben Moore, University of Zurich 2dF Galaxy Redshift Survey Team Anglo-Australian Observatory Geneva Cosmology Group Musique “Les Planètes” de Gustav Holst London Symphony Orchestra Geoffrey Simon “El amor de mi tierra” Carlos Vives Les faits et les théories exposés sont le fruit de recherches et spéculations scientifiques. Toute vraissemblance avec l’Univers réel n’est absolument pas accidentelle.

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