Master Classes CP Sandrine SCHLÖGEL (UNamur-UCLouvain)

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1 Master Classes CP3 2013 Sandrine SCHLÖGEL (UNamur-UCLouvain)
La cosmologie Master Classes CP3 2013 Sandrine SCHLÖGEL (UNamur-UCLouvain)

2 Les échelles de grandeur
Electromagnétisme Interactions nucléaires

3 Le principe cosmologique
Effet de perspective, ct s’y retrouver… + universalité des lois de la physique et pas de place privilégiée dans l’Univers A grande échelle (1024 m), l’Univers est homogène et isotrope.

4 Expansion de l’Univers
Relativité générale Principe cosmologique 1927 : Georges Lemaître  Expansion de l’Univers Les galaxies ne grossissent pas… Isolée de l’expansion à cause de la gravitation

5 Géométrie de l’Univers
Univers plat Univers fermé Univers ouvert

6 Expansion et géométrie de l’Univers
d(t0)=d0 Big Crunch d(t)=d0a(t) Au Big Bang, Univers infiniment dense et chaud (singularité => difficulté de la théorie !) ; ajustement des variables initiales (courbure varie d’un millionière !) Big Bang

7 Arpentage de l’Univers (1) : Mesure des distances
Chandelles cosmiques : les céphéides Puissance émise connue Puissance reçue mesurée  Mesure de la distance !

8 Arpentage de l’Univers (2) : Mesure de la vitesse
Effet Doppler Raies d’émissions des éléments chimiques

9 Expansion de l’Univers

10 Loi de Hubble 1920 : Hubble Relation linéaire vitesse/distance
Au départ, cste de Hubble sur-évaluée -> âge de l’Univers bcp plus pt…plus pt que l’âge de la Terre 1920 : Hubble Relation linéaire vitesse/distance Conclusion : première preuve d’un Univers en expansion !

11 Modèle du Big Bang chaud
Temps Distances/Surfaces/Volumes Température Energie

12 L’univers a une histoire
L’Univers primordial, la nucleosynthèse et le rayonnement fossile L’univers a une histoire

13 Ere de Grande Unification
Histoire de l’Univers Ere de Planck (T>1032K) Ere de Grande Unification (T>1028K)

14 La nucleosynthèse primordiale
Nucleosynthèse primordiale et stelllaire Création des premiers noyaux Pourquoi après 3 min ? Prédiction du modèle du Big Bang : proportion d’éléments chimiques légers 1 atome d’He pour 12 d’H Suffisamment chaud pour que les réactions nucléaires se déclenchent et suffisamment froid pour que les neutrons et les protons se collent

15 La nucleosynthèse primordiale
Nucleosynthèse primordiale et stelllaire Création des premiers noyaux Pourquoi après 3 min ? Li, He et H =99,9% des atomes présents dans l’Univers

16 Ere de Grande Unification
Histoire de l’Univers Ere de Planck (T>1032K) Ere de Grande Unification (T>1028K)

17 Le rayonnement fossile
Prévision du modèle du Big Bang chaud Première détection en 1965 par Penzias et Wilson (Prix Nobel 1978) 3K Prévision du Big Bang : si l’Univers a une T très gde ds le passé, il refroidit –(> émission d’une relique sous forme de rayonnement du corps noir)

18 Le rayonnement fossile
Plasma primordial Energie d’ionisation de l’H : 13,6 eV Première lumière qui s’échappe du plasma à gde distance.

19 WMAP 2003-2009 Age de l’Univers: 13,7 milliards d’années
Espace (très) plat Matière ordinaire: 4% Matière sombre: 20% Energie sombre: 74%

20 Planck

21 Ere de Grande Unification
Histoire de l’Univers Ere de Planck (T>1032K) Ere de Grande Unification (T>1028K)

22 Succès du Big Bang chaud
Récession des galaxies et expansion cosmologique Abondance des éléments légers et nucleosynthèse primordiale Existence et physique du rayonnement fossile

23 Le côté obscur de la cosmologie
Matière sombre, énergie sombre et inflation cosmologique Le côté obscur de la cosmologie

24 La matière sombre

25 La matière sombre Galaxies tournent trop vite sur elles-mêmes (Zwicky en 1930) Gravitation maintient la galaxie Mesure de la distribution de matière : Mesure directe Mesure de la vitesse des objets et déduire la masse qui les fait tourner Conclusion : les mesures ne concordent pas Hypothèse : matière qui n’interagit pas avec la lumière Nature de la matière sombre ? Phénomène de lentilles gravitationnelles

26 L’énergie sombre (Prix Nobel 2011)
Chandelles cosmiques = supernovae Diagramme de Hubble

27 Seul 4% des constituants de l’Univers sont connus !
Confirmation par différentes expériences

28 La cosmologie, une science de précision L’Univers est en expansion
L’Univers a une histoire : La nucleosynthèse primordiale Le rayonnement fossile L’expansion accélérée actuelle Seulement 4% de matière ordinaire

29 De nombreuses questions :
qu’est-ce que la matière noire ?  nouvelle(s) particule(s) ? Gravitation modifiée ? qu’est-ce que l’énergie noire ?  énergie du vide ? Nouvelle physique ? pourquoi l’Univers est-il plat ? Inflation et Univers primordial

30 Merci à André Füzfa pour les illustrations de l’exposition Univers Face A Face B !