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La cosmologie
Master Classes CP3 2013
Sandrine SCHLÖGEL (UNamur-UCLouvain)
1
Les échelles de grandeur
2
Electromagnétisme
Interactions nucléaires
Le principe cosmologique
3
A grande échelle (1024 m), l’Univers est homogène et isotrope.
Expansion de l’Univers
4
• Relativité générale• Principe cosmologique• 1927 : Georges Lemaître
Expansion de l’Univers
Géométrie de l’Univers
5
Univers fermé Univers ouvert
Univers plat
Expansion et géométrie de l’Univers
6
d(t0)=d0
d(t)=d0a(t)
Big Bang
Big Crunch
Arpentage de l’Univers (1) : Mesure des distances
7
Arpentage de l’Univers (2) :Mesure de la vitesse
• Effet Doppler• Raies d’émissions des éléments chimiques
8
Expansion de l’Univers
9
Loi de Hubble
10
• 1920 : Hubble• Relation linéaire vitesse/distance• Conclusion : première preuve d’un Univers en
expansion !
Modèle du Big Bang chaud
11
Temps
Distances/Surfaces/Volumes
Température
Energie
L’univers a une histoireL’Univers primordial, la nucleosynthèse et le rayonnement fossile
12
Histoire de l’Univers
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Ere de Planck(T>1032K)
Ere de Grande Unification(T>1028K)
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
14
La nucleosynthèse primordiale
• Nucleosynthèse primordiale et stelllaire• Création des premiers noyaux• Pourquoi après 3 min ?
15
Histoire de l’Univers
16
Ere de Planck(T>1032K)
Ere de Grande Unification(T>1028K)
Le rayonnement fossile• Prévision du modèle du Big Bang chaud• Première détection en 1965 par Penzias et
Wilson (Prix Nobel 1978)
17
3K
Le rayonnement fossile• Plasma primordial• Energie d’ionisation de l’H : 13,6 eV
18
19
Age de l’Univers: 13,7 milliards d’annéesEspace (très) platMatière ordinaire: 4%
Matière sombre: 20%Energie sombre: 74%
WMAP 2003-2009
Planck
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Histoire de l’Univers
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Ere de Planck(T>1032K)
Ere de Grande Unification(T>1028K)
Succès du Big Bang chaud
• Récession des galaxies et expansion cosmologique
• Abondance des éléments légers et nucleosynthèse primordiale
• Existence et physique du rayonnement fossile
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Le côté obscur de la cosmologieMatière sombre, énergie sombre et inflation cosmologique
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La matière sombre
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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 ?
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L’énergie sombre (Prix Nobel 2011)
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Diagramme de Hubble
Chandelles cosmiques = supernovae
Seul 4% des constituants de l’Univers sont connus !
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• 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
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• 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
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Merci à André Füzfa pour les illustrations
de l’exposition Univers Face A Face B !
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