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Histoire de la cosmologie

Un cours offert aux étudiants de la Faculté des Lettres,

de la Faculté de Biologie et de médecine, de la Faculté des Hautes études commerciales, de la Faculté de Géosciences et environnement,

de la Faculté des Sciences sociales et politiques et de la Faculté de Théologie et de sciences des religions

de l’Université de Lausanne

dans le cadre de « Sciences au carré »

Histoire de la cosmologie

Prof. Georges Meylan

Laboratoire d’astrophysique Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Site web du laboratoire et du cours : http://lastro.epfl.ch

Histoire de la cosmologie 11 – Einstein RR RG Mirages

11.1 L’expérience de Michelson-Morley

11.2 La relativité restreinte RR 11.3 La relativité générale RG

11.4 Le Soleil : premier exemple de lentille gravitationnelle 11.5 Des lentilles gravitationnelles à distances cosmologiques

11.6 Un outil pour étudier la matière sombre et l’énergie sombre

Voir le fichier 11-EinsteinRRRGMirages.pdf sur le site web du laboratoire et du cours : http://lastro.epfl.ch

Histoire de la cosmologie 11 – Einstein RR RG Mirages

Bibliographie succincte

•  CLOSETS, François de. Ne dites pas à Dieu ce qu’il doit faire. Paris : Seuil, 2004. •  EDDINGTON, Arthur S. Space, Time and Gravitation : An Outline of the General

Relativity Theory. Cambridge : CUP, 1987. •  LACHIEZE-REY, Marc. L’espace physique entre mathématique et philosophie.

Paris : EDP, 2006. •  MERLEAU-PONTY, Jacques. Sur la science cosmologique. Paris : OUP, 2003. •  PAIS, Abraham. “ Subtle is the Lord...” : The Science and the Life of Albert Einstein.

Oxford : OUP, 1982. •  PATY, Michel. Albert Einstein ou la création scientifique du monde. Paris : Les

Belles Lettres, 1997. •  PATY, Michel. Einstein philosophe. Paris : PUF, 1993.

11.1 L’expérience de

Michelson - Morley

Loi de composition des vitesses Loi de composition des vitesses

•  Réponse de Galilée (en 1638) : –  Application de la loi d’addition des vitesses : 160 km/h + 3 km/h = 163 km/h

Loi de composition des vitesses •  Problème simple de cinématique: Dans un train roulant à 160 km/h, un contrôleur marche à 3km/h en direction de

la locomotive. Quelle est la vitesse du contrôleur par rapport aux rails ?

Certainement une des expériences parmi les importantes de l’histoire de la physique

11.1 L’expérience de

Michelson - Morley

Expériences de Michelson et Morley mesure de la vitesse de la lumière par rapport à l’éther

•  Fizeau montre en 1851 que l’éther n’est pas entraîné par l’observateur.

Donc, en admettant que la lumière se déplace avec une vitesse scalaire c = cte par rapport à l’éther, la vitesse de la lumière par rapport à l’observateur devait dépendre du mvt de celui-ci par rapport à l’éther : il devenait possible de mettre en évidence le mvt absolu, i.e., le mvt par rapport à l’éther.

•  Michelson (1881) et Michelson & Morley (1887) construisent des inter-féromètres de plus en plus précis pour mettre en évidence la variation de la vitesse de la lumière, supposée différente selon la direction de propagation (voir Fig. 21.1).

Albert A Michelson (1852–1931)

Michelson & Morley utilisent la variation de la direction de la vitesse

de révolution de la Terre autour du Soleil, ceci tout au long de l’année. vitesse scalaire orbitale moyenne de la Terre : vm = 2,98 104 m/s-1

Expériences de Michelson et Morley (suite)

Si le Soleil se meut dans l’éther, le mouvement de la Terre autour du Soleil

devrait dévoilé une variation saisonnière due à la vitesse orbitale.

Michelson & Morley utilisent la variation de la direction de la vitesse de révolution de la Terre autour du Soleil, ceci tout au long de l’année.

•  Un rayon lumineux émis par une source est divisé en deux par un miroir semi-transparent O. Les deux rayons sont ensuite réfléchis par deux miroirs M1 et M2 et se superposent à nouveau pour atteindre l’observa-teur.

•  En admettant que la vitesse de la lumière par rapport à l’éther est c et que la vitesse de la Terre par rapport à l’éther est u, il découle de la description des mvts relatifs non relativistes, que la vitesse de la lumière par rapport à la Terre est c’ = c - u.

•  Supposons que les deux bras de l’interféromètres ont même longueur l et orientons l’appareil de manière telle que le bras OM1 soit parallèle à u : les temps mis par les rayons pour parcourir les chemins OM1O et OM2O sont respectivement :


•  Dans la direction de M1 : temps avec le courant l /(c - u) et temps à contre courant l /(c + u) d’où :

t1 = 2lc /(c 2-u 2) et de façon équivalente : t1 = (2l /c )(1-u 2/c2)-1

•  Fait observationnel déjà acquis : la vitesse u de la Terre dans l’éther est certainement beaucoup plus petite que c, sinon elle aurait déjà été détectée voilà longtemps, e.g., à travers l‘observation des temps des éclipses des satellites de Jupiter. Ceci implique que : u 2/c2 « 1. On utilise deux faits mathématiques importants :

(i) si x « 1, alors 1/(1-x) ≅ 1+x ; (ii) si x « 1, alors (1+x)1/2 ≅ 1+x/2 . Donc de (i), pour le trajet aller-retour, t1 ≅ (2l /c )(1 + u 2/c2) est une

bonne approximation.


•  Par construction, comme les deux bras de l’interféromètre sont dans des directions perpendiculaires l’une à l’autre, l’addition vectorielle des vitesses (analogie avec un bateau traversant un fleuve) donne l’hypoténuse (diagonale) correspondant à la vitesse c et la petite cathète à la vitesse du courant u.

•  Dans la direction de M2 : pour déterminer le temps de parcours per-pendiculairement au courant, on utilise le théorème de Pythagore pour exprimer la vitesse (c 2-u 2)1/2 perpendiculairement au courant. Comme la vitesse est la même dans les deux sens, le temps total est égal à t2 = (2l ) (c 2-u 2)-1/2 = (2l /c )(1-u 2/c2)-1/2.

•  Et, ut i l isant ( i i ) , cette dernière expression devient : t2 ≅ (2l /c )(1 - u 2/2c2)-1 et en remplaçant 1/(1-x) par 1+x on obtient :

t2 ≅ (2l /c )(1 + u 2/2c2)


•  Des deux équations : t1 = (2l /c )(1-u 2/c2)-1 et t2 = (2l /c )(1-u 2/c2)-1/2, en négligeant les termes d’ordre supérieur à 2 en u /c , nous voyons qu’il y a un déphasage ΔΦ entre les deux temps, donné par :

où ν est la fréquence de la lumière émise par la source. •  En faisant tourner l’interféromètre de 90º (naturellement le long de

l’orbite terrestre ou mécaniquement dans le laboratoire), le déphasage change de signe et devient égal à -ΔΦ . Donc on devrait observer un déplacement des franges d’interférence.

•  Contrairement aux prédictions de la physique classique, aucune modification des franges d’interférence n’a été observée, quelle que soit la période de l’année ou la situation du laboratoire con-tenant l’interféromètre.


Franges d’interférence obtenues avec les fentes de Young


EPFL - GM 19

Observatoire de Paranal, ESO, Chili

•  Réponse d’Einstein (en 1905) : –  L’addition des vitesses est une loi « fausse »,

la loi « correcte » est plus compliquée : 160 km/h «plus» 3 km/h = 162.999999999999933 km/h




La mécanique classique n’est plus valable aux grandes vitesses !

11.2 La relativité restreinte

RR

Albert Einstein Birth : March 14, 1879 in Ulm, Germany Death : April 18, 1955 in Princeton, NJ, USA

Conséquence directe de l’expérience de Michelson - Morley

c = 299’792’458 m s-1

c ~ 300’000 km s-1

De nombreuses expériences et réflexions amènent

Albert Einstein à rejeter les concepts newtoniens d’espace et de temps absolus

et à formuler en 1905 une nouvelle théorie, appelée :

Théorie de la relativité restreinte

Dilatation du temps Deux événements simultanés pour un observateur ne sont pas nécessairement

simultanés pour un autre observateur. La simultanéité n’est pas un concept absolu.

Simultanéité pas absolue implique que le temps n’est pas absolu.

Point de vue de l’observateur dans la fusée

Point de vue de l’observateur sur Terre

Mesure du temps de parcours de la lumière : ∆t0 = 2D/c

Mesure du temps de parcours de la lumière : ∆t0 = 2(D2+L2)1/2/c

Le paradoxe des jumeaux de Langevin •  La dilatation du temps permet des spéculations intéressantes au sujet des

voyages dans l’espace. •  Selon la dynamique newtonienne, il est impossible pour un être humain normal

d’atteindre une étoiles située à une distance de 100 année-lumière : 1 al est la distance parcourue par la lumière en une année =

(3,0 108 m/s) (365 j)(24 h)(60 min)(60 s) = (3,0 108 m/s) (3,15 107 s) = 9,5 1015 m Même un vaisseau spatial voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière

nécessiterait plus de 100 ans pour atteindre cette étoile. •  Mais la dilatation du temps nous dit qu’un astronaute dans la fusée aurait une

mesure du temps très différente. Dans ce vaisseau spatial voyageant à une vitesse proche de celle de la lumière, e.g., v = 0.999 c , le temps nécessaire pour un tel voyage serait égal à seulement :

∆t0 = ∆t (1 - v2/c2)1/2 = (100 an) (1 - 0,999)1/2 = 4,5 ans Alors qu’un intervalle de 100 ans s’écoulerait sur Terre,

seulement 4,5 ans s’écouleraient pour l’astronaute embarqué dans le vaisseau spatial

d’où le paradoxe des jumeaux de Langevin

Contraction de la longueur d’un tableau v = 0,90 c vu de la fusée vu de l’observateur sur Terre L = L0 (1 - v2/c2)1/2 = = 1,50 m (1 - (0,90)2)1/2 = 0,65 m

Contraction des longueurs •  Le temps mesuré par un astronaute entre son départ de la Terre et son arrivée sur

l’étoile est le temps propre, puisque les deux événements ont lieu au même point du repère, le vaisseau spatial. Ainsi l’intervalle de temps est plus petit pour les observateurs dans la fusée que pour les observateurs restés sur Terre. Le temps de voyage mesuré du vaisseau spatial est égal à : ∆t0 = ∆t (1 - v2/c2)1/2.

•  Comme les observateurs dans la fusée mesurent la même vitesse mais un temps plus petit entre les deux événements, la distance qu’ils mesurent doit également être plus petite. Soit L la distance entre la Terre et l’étoile mesurée par les observateurs depuis la fusée : L = v ∆t0 .

•  Mais ∆t0 = ∆t (1 - v2/c2)1/2 et ∆t = L0/v d’où :

L = v∆t0 = v∆t(1 - v2/c2)1/2 = (L0/∆t)∆t(1 - v2/c2)1/2 = L0(1 - v2/c2)1/2

L = L0 (1 - v2/c2)1/2 contraction des longueurs

La longueur d’un objet est mesurée comme étant plus courte lorsqu’il est en mvt relativement à l’observateur que lorsqu’il est au repos

L0 = longueur propre = longueur mesurée par l’observateur au repos par rapport à l’objet

Seulement le long de la direction du mvt

•  Réponse d’Einstein (en 1905) : –  L’addition des vitesses est une loi « fausse »,

la loi « correcte » est plus compliquée : 160 km/h «plus» 3 km/h = 162.999999999999933 km/h




800’000’000 km/h

court

200’000’000 km/h

1’000’000’000 km/h

879’225’842 km/h

La mécanique classique n’est plus valable aux grandes vitesses !

Les mesures de distances avec Galilée et Einstein

•  Définitions Toute quantité qui demeure la même pour tout observateur (e.g., c la vitesse de la lumière) est dite invariante.

•  Distance spatiale dans ℜ2 entre deux points = Δx 2 + Δy 2 (intervalle d’espace)2 =

(intervalle en x)2 + (intervalle en y)2

•  Distance spatiale dans ℜ3 entre deux points = Δx 2 + Δy 2 + Δz 2 (intervalle d’espace)2 =

(intervalle en x)2 + (intervalle en y)2 + (intervalle en z)2

•  Distance espace-temps dans ℜ4 entre deux pts ≠ Δt 2 + Δx 2 + Δy 2 + Δz 2

(intervalle d’espace-temps)2 ≠ (intervalle de temps)2 + (intervalle d’espace)2

•  Distance espace-temps dans ℜ4 entre deux pts = Δt 2 - (Δx 2 + Δy 2 + Δz 2) (intervalle d’espace-temps)2 =

(intervalle de temps)2 - (intervalle d’espace)2 ds2 est dit invariant

Changement d’invariants en passant de Galilée à Einstein

•  La Théorie de la Relativité Restreinte requiert l’abandon de la fausse croyance intuitive que les intervalles de temps et d’espace sont les même pour tous les observateurs.

•  On remplace ces deux anciens invariants par les deux nouveaux : - la vitesse de la lumière c est la même en tout lieu et pour tout observateur - l’intervalle d’espace-temps ds2 est invariant •  En 1908, Hermann Minkowski écrit : « Henceforth, space by itself and

time by itself are doomed to fade away into mere shadows, and only a kind of union of the two will preserve an independent reality ».

11.3 La relativité générale

RG

Equations d’Einstein Inclusion de la gravitation ⇒ équations d’Einstein de la RG (1915-1916)

Gµν = Rµν - (1/2) gµνR + Λgµν = - (8πG/c4)Tµν

où Gµν = tenseur d’Einstein Rµν = tenseur de Ricci ou de courbure, f (coordonnées spatiales + temps)

gµν = tenseur métrique, f (coordonnées spatiales + temps)

R = scalaire de courbure Λ = constante cosmologique Tµν = tenseur impulsion-énergie f (coordonnées spatiales + temps + pression + densité)

Dès 1905, des réactionnaires travaillent à discréditer la RR et la RG

Dès 1905, des réactionnaires travaillent à discréditer la RR et la RG espace-temps incurvé par la présence de masse

La plus grande pleine lune de 2009 (12 janvier) observée depuis Breil-sur-Roya, France

Soho MDI Continuum SOHO MDI continuum ~6768 Å

L’astrophysique:

une science d’observations

pas d’expérimentations possibles nous sommes limités à des

comparaisons entre modèles et observations

Les «observations» sont-elles conformes à la «réalité» ?

Le phénomène appelé « vase étrusque » illustre un exemple de mirage atmosphérique

gjhgjhgjhg Apparance du Soleil proche de l’horizon, perturbé par la réfraction atmosphérique, avec à son sommet le phénomène du « rayon vert »

Pe$tRobertLe Petit Robert 1968 RouteversSanPedro

Désert d’Atacama, Chili

Désert d’Atacama, Chili Paysage de rêve, Groenland

réfraction Réfraction ≈ 35 ' près de l’horizon ≈ un diamètre solaire

Le rayon vert observé de Cerro Paranal ESO, Chili, 2 mai 2008

Le rayon vert observé de Cerro Paranal ESO, Chili, 28 mars 2011

Le rayon vert observé de Cerro Paranal ESO, Chili, 28 mars 2011

Parfois les observations n’offrent qu’une vision perturbée de la réalité

•  Atmosphère è vision fréquemment perturbée des objets observés depuis la surface de la Terre

•  Matière dans l’univers è vision perturbée de l’univers ?????

11.4 Le Soleil :

premier exemple de lentille gravitationnelle

Parfois les observations n’offrent qu’une vision perturbée de la réalité

•  Atmosphère è vision fréquemment perturbée des objets observés depuis la surface de la Terre

•  Matière dans l’univers è vision perturbée de l’univers ?????

PREMIÈRE SUSPICION DE L’INFLUENCE DE LA GRAVITATION SUR LA LUMIÈRE

•  LES CORPS N’AGISSENT-ILS PAS À DISTANCE SUR LA LUMIÈRE, •  PAR LEUR ACTION N’INCURVENT-ILS PAS LES

RAYONS LUMINEUX, •  ET CETTE ACTION N’EST-ELLE PAS LA PLUS

FORTE A FAIBLE DISTANCE? NEWTON (1704)

Selon la RG (1915) d’Einstein, toute masse importante

déforme l’espace qui l’entoure

De la lentille de verre à la lentille gravitationnelle

foyer rayons parallèles provenant d’une étoile ou d’une galaxie lointaine


rayons parallèles provenant d’une étoile ou d’une galaxie lointaine

foyers

une étoile jouant le rôle de lentille

*



foyers

une galaxie spirale jouant le rôle de lentille



foyers

une galaxie elliptique jouant le rôle de lentille

Les précurseurs aux XVIII et XIX siècles

•  1783: John Michell en Angleterre •  1796: Pierre Simon Laplace en France •  1801: Johann von Soldner en Allemagne

Vitesse d’évasion ve à la surface d’une masse sphérique M de rayon r:

€

ve =2 GMr

rayon de Schwarzschild angle de déflection (Newton) angle de déflection (Einstein RG)

rR

rcGM s== 22

α€

RS ≡2GMc 2

≅ 2.95 MMsol

km

€

α =4GMc 2r

=2RS

r

× 2

Rayon de Schwarzschild définissant un trou noir

Le rayon de trou noir du Soleil est égal à environ 3 km

€

RS ≡2GMc 2

≅ 2.95 MMsol

km

éclipse totale de soleil 3 novembre 1994

Le Soleil agit comme lentille gravitationnelle

En 1919, un des premiers tests d’une des prédictions

de la Relativité Générale d’Einstein lors d’une éclipse totale de soleil

Chemin lumineux en l’absence d’une masse intervenante

obs

Chemin lumineux perturbé par une masse intervenante

obs

Chemin lumineux perturbé par une masse intervenante

obs

position réelle

position apparente

éclipse totale de soleil 3 novembre 1994

Placement des étoiles dans un champ durant une éclipse totale de soleil

* * * * * * * * * * * * * * *

Déplacement des étoiles dans un champ durant une éclipse totale de soleil

* * * * * * * * * * * * * * *

En 1919, un des premiers tests de la RG lors d’une éclipse totale de soleil :

•  Prédiction RG au limbe solaire α = 1.75"

•  Eclipse totale de soleil (Eddington, 1920): •  Sobral (Brésil) α = 1.98"± 0.12" •  Principe (Golfe de Guinée) α = 1.61"± 0.30"

Le soleil: première lentille gravitationnelle, confirme les prédictions de la RG

Une seconde d’arc : une pièce de un franc vue de 4.7 km

1 seconde d’arc = 1"

4.7 km

PlandeLausanne

11.5 Des lentilles gravitationnelles

à distances cosmologiques

L’effet de lentille entre deux étoiles

•  1924: O. Chwolson •  1936: A. Einstein

⇒  anneau lumineux en cas d’alignement parfait ⇒  champ gravitationnel agit comme une lentille

«Il n’y a pas d’espoir d’observer le phénomène» Einstein, 1936, Science, 84, 506

* * obs

L’effet de lentille entre deux galaxies

Distance relative entre 2 étoiles >> entre 2 galaxies

•  1937 F. Zwicky

** ⇒ «Un test de la RG, idéal mais inutilisable» gg ⇒ «Très grande probabilité qu’une galaxie agisse en tant que lentille gravitationnelle» Zwicky, 1937, Phys. Review, 51, 670

obs

Sujet ~ totalement abandonné pendant environ 30 ans

1960’s – 1970’s • Discussions théoriques • • Inventions des CCDs •

• Découverte des quasars • ⇓

En 1979, le premier cas de lentille gravitationnelle extragalactique à distance cosmologique

QSO 0957+561 Walsh, Carswell, Weymann, 1979, Nature, 279, 381

A composite QSO spectrum Boyle, 1990, MNRAS, 243, 231

Lyα 1216Å

CIV1549Å CIII] 1909Å

MgII 2798Å

Les raies en émission permettent la mesure du décalage vers le rouge Le décalage vers le rouge z est donné par :

Pour un objet observé à z = 4.3, les distances dans l’univers étaient 5.3 fois plus petites que maintenant : λ croît comme R €

z +1=λoλe

=υ e

υ o

=R(to)R(te )

Spectre VLT d’un quasar à grand redshift

λe = 1216 Å est observé à λo = 6434 Å ⇒ z + 1 = λo /λe = 6434 / 1216 = 5.291 ⇒ QSO BRI 1050-00 à z = 4.291

Lyα 1216Å CIV 1549Å

Les raies en émission permettent la mesure du décalage vers le rouge

L’action perturbatrice de la galaxie lentille dédouble l’image du quasar

QSO A

QSO B

QSO

ionmagnificat=ΩΩ

=s

i

dd

µ

QSO 0957+561: première lentille gravitationnelle à distance cosmologique

•  HST/WFPC2 •  Δ(A,B) = 6.1" •  VA = VB ≅ 17.1 •  z(source)=1.41

•  VG=19.1 •  z(lentille)=0.36

QSO 0957+561: première lentille gravitationnelle à distance cosmologique

•  Δ(A,B) = 6.1" •  VA = VB ≅ 17.1 •  z(source)=1.41

Image A

Image B

Walsh, Carswell, Weymann 1979, Nature, 279, 381

CIV 1549Å CIII] 1909 MgII 2798Å

En 1979, 60 ans après les premiers tests de la RG

lors d’une éclipse totale de soleil:

le quasar QSO 0957+561 :

deuxième lentille gravitationnelle, première lentille extragalactique confirme les prédictions de la RG

Attention !

Toutes les paires de quasars observées dans l’univers ne procèdent pas toujours d’un

effet de lentille gravitationnelle.

PKS 1145-071 : première paire serrée de quasars

Djorgovski & Meylan, 1987, ApJ, 321, L17

A

B

z = 1.345

PKS 1145-071: première paire serrée de quasars

Djorgovski & Meylan, 1987, ApJ, 321, L17

Image radio du VLA IA/IB = 2.7 en V IA/IB > 104 en radio Δ(A,B) = 4.2"

PHL 1222: second tight pair of quasars

Meylan & Djorgovski (1994)

QSO A

QSO B

KECK U KECK V

Δ(A,B) = 4.2" z � 1.91

PHL 1222: second tight pair of quasars

Meylan & Djorgovski (1991) Δ(A,B) = 4.2" z � 1.91

Discovery of a Probable Triple QSO QQ 1429-008 at z = 2.076

Djorgovski et al. 2007, ApJL, 662, L1-L5

KeckSpectraoftheQSOComponents

Absorbers: za1 = 1.512 (A,B), za2 = 1.662 (A), za3 = 1.837 (B,C) λobs (Å)

⊕

⊕

⊕

⊕

⊕ a1

a1

a1

a1

a1 a2

a1

a3

a3 a3 a3 a3

What about the lensing galaxy? Our “best” lensing model L2 predicts a massive and

luminous lens galaxy, which is not seen, even if placed in an optimal position:

Putative lens

Putative lens

A B

C

Observed L2: z lens = 0.5 L2: z lens = 1.4

K lens > 24 mag K lens = 18.5 mag K lens = 17.1 mag

1

A

B

C 4

3

8

2

9

D?

3 arcsec Disturbed host galaxy?

Le phénomène de lentilles gravitationnelles a été le sujet depuis 1979

d’une intense activité de recherches théoriques et observationnelles

qui ont engendré un nouvel « outil » pour étudier

l’univers proche et lointain

3 directions: - de la lentille - de la source - de l’image 3 angles: - α β θ 3 plans: - de la source η - de l’image ξ - de l’observateur 3 distances: - Ds Dd Dds

Equation de la lentille

Les positions de la source et de l’image sont reliées par une équation non linéaire entraînant la possibilité d’images multiples: des positions images θ multiples pour une position source β unique.

� �

)(θαθβ

−=

Rayon d’Einstein dans le cas d’une lentille à symétrie axiale

Grâce à la symétrie axiale, une source sur l’axe optique (β = 0) donne lieu

à une image en forme d’anneau lumineux de rayon : rayon d’Einstein

θθ

θθβθαθβ 2)(4)()(

cGM

DDD

sd

ds−=⇒−=

2/1

2)(4

!"

#$%

&=

sd

dsEE DD

Dc

GM θθ

Dans beaucoup de modèles, θE représente la frontière entre les positions des sources donnant naissance à de multiples images ou à une seule image.

Une étoile lentille (pessimisme d’Einstein) de masse M ≅ 1 M� à D ≅ 10 Kpc :

Une galaxie lentille (optimisme de Zwicky) de masse M ≅ 10 11 M� à D ≅ 1 Gpc :

2/12/1

109000.0

−

""#

$%%&

'""#

$%%&

'((=

KpcD

MM

solEθ

2/12/1

11 1109.0

−

""#

$%%&

'""#

$%%&

'((=

GpcD

MM

solEθ

source

obs.

lentille

anneau

Un anneau d’Einstein se forme lorsque la Terre, la lentille et la source

sont parfaitement alignées

anneau d’Einstein anneau

d’Einstein

Galaxie source

Galaxie lentille

Terre

Images

Des images multiples se forment lorsque l’alignement n’est pas parfait

A Horseshoe Einstein Ring from Hubble

LRG 3-757 was discovered in 2007 in data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). This image is a follow-up observation taken with the HST WFC3 (NASA/ESA)

RX J1131-1231

HST-NICMOS H HST-ACS VI

zsource = 0.658 zlentille = 0.295

Sluse et al. 2006, A&A

Anneau d’Einstein complet dans l’IR (diamètre ≅ 1")

A nearly 90-degree arc of light in the galaxy cluster RCS2 032727-132623

The background galaxy RCSGA 032727-132609 is located at z = 1.701 The foreground galaxy cluster RCS2 032727-132623 is located at z = 0.564

HST NASA/ESA Feb 2012

L’action perturbatrice de la galaxie lentille dédouble l’image du quasar

QSO A

QSO B

QSO

ionmagnificat=ΩΩ

=s

i

dd

µ

galaxie

L’action perturbatrice du quasar lentille dédouble l’image de la galaxie

galaxie A

galaxie B

QSO

ionmagnificat=ΩΩ

=s

i

dd

µ

Premier cas de quasar lentille observé par l’EPFL

LASTRO EPFL Communiqué de presse du 8 mars 2012

Le phénomène de lentille gravitationnelle

est très bien compris grâce

à la relativité générale d’Einstein

1 avril 2017 : effet de lentille gravitationnelle par un trou noir de 1 mJ Le Cervin (Matterhorn) vu de Zermatt

QSO 2237+0305: La Croix d’Einstein HST-WFPC2 Δ(A,B)=1.7" zsource = 1.69 zlentille = 0.04

A

B C

D

galaxie ≡ macro lentille étoiles ≡ micro lentilles

QSO 2237+0305: La Croix d’Einstein HST-WFPC2 Δ(A,B)=1.7" zsource = 1.69 zlentille = 0.04

A

B C

D

galaxie ≡ macro lentille étoiles ≡ micro lentilles

HST – ACS NASA/ESA Feb 2012

QSO 2237+0305: La Croix d’Einstein Adam et al., 1989, A&A, 208, L15

z = 1.69

L’action perturbatrice de la galaxie lentille et des étoiles microlentilles sur les images du quasar

QSO A

QSO B

QSO

ionmagnificat=ΩΩ

=s

i

dd

µ

L’action perturbatrice de la galaxie lentille et des étoiles microlentilles sur les images du quasar

QSO A

QSO B

QSO

ionmagnificat=ΩΩ

=s

i

dd

µ

Swiss 1.2-m Euler telescope and deconvolution QSO 2237+0305: La Croix d’Einstein

QSO 2237+0305: La Croix d’Einstein Les étoiles de la galaxie à z = 0.04 agissent comme autant de microlentilles, induisant des variations des luminosités dans les quatre composantes du quasar à z = 1.69. Moyen très direct de mesurer la taille d’un QSO dans le visible

•

•

• • • •

• • • •

• •

• •

•

•

•

•

lignes critiques caustiques

HE1104-1805

H1413+117

PG1115+080

B1422+231

Les propriétés locale de l’application plan source – plan lentille sont décrites par sa matrice jacobienne: A ≡ ∂β /∂θ Les lieux des points où A ne peut pas être inversée localement, jacobien nul: lignes critiques et caustiques.

movie

QSO HE 1104-1805 ESO-MPI 2.2-m IRAC J Courbin et al., 1998, ApJ, 330, 57 Δ(A,B)=3.19" zsource = 2.32 zlentille = 0.73

Observations 0.7" Après déconvolution 0.3"

La déconvolution représente une étape essentielle

Les lentilles gravitationnelles classées selon trois régimes:

•  FORT : la source est imagée en plusieurs composantes, dont les formes et les luminosités sont fortement perturbées

•  FAIBLE : une seule image de la source, dont seules la forme et la luminosité sont perturbées

•  MICRO : une seule image de la source, dont seule la luminosité est perturbée

Un phénomène bien compris

D’autres lentilles gravitationnelles que le soleil ?

Oui, partout dans l’Univers

D’autres lentilles gravitationnelles que le soleil ?

Oui, partout dans l’Univers

une étoile, une galaxie, un amas de galaxie peuvent jouer le rôle de lentille

Utilité des lentilles gravitationnelles en cosmologie

•  Détermination directe de la masse totale de la galaxie lentille •  Distribution de la masse dans notre Galaxie, limites supérieures

sur ΩMP des masses ponctuelles (étoiles à neutrons, trous noirs) •  Contraintes sur la taille des quasars sources •  Détermination directe de paramètres cosmologiques :

- constante de Hubble H0

- paramètres de densité Ωm and ΩΛ

•  Etude de la distribution de la matière sombre : - dans les galaxies - dans les amas de galaxies - dans les structures à grande échelle

•  Télescopes naturels pour observer les objets distants peuplant l’univers le plus lointain

La mesure de la constante de Hubble

et de l’âge de l’Univers en observant

les retards temporels de lentilles gravitationnelles

Retard temporel entre deux chemins lumineux possédant des longueurs différentes

* *

*

*

variations intrinsèques de la luminosité du quasar ⇒ retard temporel Δτ

obs

Time delay the travel time of a photon (Refsdal 1964, 1966)

•  The geometric term tgeom represents the time delay induced by the longer light path followed by the deflected photons

•  The gravitational term tgrav represents the time delay due to the relativistic time dilation induced by the gravitational field of the deflector

•  The term in front of the brackets ensures that the measured quantities correspond to the time delay as measured by the observer

intrinsic variations ⇒ time delay Δτ ⇒ H0

€

t( θ ) =

(1+ zd )c

DdDs

Dds

12

θ − β ( )

2−ψ( θ )

&

' ( )

* + = tgeom + tgrav

Mesure du retard temporel en radio QSO 0957+561 Haarsma et al., 1997, ApJ, 479, 102

Visible: Δτ = 417 ± 3 days

H0 via QSO 0957+561 Model : redshifts, positions, magnitudes, mass profile

Observations :

σv (lens) = 279 ± 12 km s-1

ΔτBA = 417 ± 3 days ⇓

H0 = 67 ± 8 km s-1 Mpc-1

Falco et al. 1997, ApJ, 484, 70

112

112110

1.1330

98 −−−

+− ""

#

$%%&

'

Δ""#

$%%&

'= Mpcsmkyr

smkH

BA

v

τσ

Goal : production of 30 time delays over the next few years

COSMOGRAIL COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses

For the photometric monitoring 1-2 m telescopes :

•  Euler Swiss telescope, La Silla, Chile •  Mercator Belgian-Swiss telescope, La Palma, Canary Islands •  Maïdanak telescope, Uzbekistan •  Manchester Robotic telescope, La Palma, Canary Islands •  Himalayan Chandra telescope, Bangalore, India •  Hoher Liste, Bonn, Germany

For high-resolution photometry and spectroscopy :

•  ESO-VLT, KECK, GEMINI 8-10 m telescopes •  Hubble Space Telescope NASA/ESA

Deconvolution (images and spectra) whenever useful

Observations Till 2004, no organized long-term program for acquisition of time-delay data

To fully exploit the potential of gravitational lensing, need to reduce the uncertainties of measured time delays

⇓ COSMOGRAIL

La Palma Spain

Paranal La Silla Cerro Tololo Chili

Maidanak Ouzbekistan

Keck Gemini Hawaii

Himalayan Chandra Telescope India

Hoher Liste Bonn Germany

COSMOGRAIL COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses :

Which observational strategy to adopt ?

Simulations exploring the observational parameter

space for the determination of a time

delay of 80 days

As a function of :

Visibility : 5-8-12 months

Amplitude : 0.1-0.2-0.3 mag

Sampling : 3-7-15-irr days

Eigenbrod et al. 2005, A&A, 436, 25

COSMOGRAIL COSmological MOnitoring of GRAvItational Lenses :

Redshift determinations of the lensing galaxies of 16 lensed quasars

Eigenbrod et al. 2006, A&A, 451, 747 ; 2006, A&A, 451, 759 ; 2007, A&A, 465, 51 ; 2008, PhD Thesis

only estimates

136

ESO La Silla Observatory, Chile

HE 0435-1223

HST IR images NIC 2

Lens with 4 images, zs = 1.69, zl = 0.45, separation = 2.6� one clear Einstein ring connecting all four images about 10 galaxies within 40�

raw image

pixel = 0.34" seeing = 1.0"

deconvolved image pixel = 0.17" resol = 0.34"

Lens with 4 images, zs = 1.69, zl = 0.45, separation = 2.6� one clear Einstein ring connecting all four images about 10 galaxies within 40�

HE 0435-1223

Swiss Euler telescope La Silla ESO

HE 0435-1223

Bonvin et al. 2016, MNRAS

A

B

C

D

HE 0435-1223 HE 0435-1223

Bonvin et al. 2016, MNRAS, in press

A

B

C

D

RXS J1131-1231

Lens with 4 images, zs = 0.66, zl = 0.29, ring θE = 1.8" (~305°)

Observations : 8 seasons Euler (01/04-07/11), 1pt / 5j

raw image

pixel = 0.34" seeing = 1.0"

deconvolved image pixel = 0.17" resol = 0.34"

but a very difficult case due to short time delays

a quasar with gentle microlensing events

RXS J1131-1231

HST ACS

a very difficult case due to short time delays and microlensing

Euler telescope

RXS J1131-1231

RXS J1131-1231

Bonvin et al. 2016

WFI 2033-4723

WFI 2033-4723

Bonvin et al. 2016

Time delay from gravitational lensing

•  Time delay between the two images A and B :

lens potentiel from models

÷ H0-1

redshift from VLT

spectroscopy

astrometry from

HST images

time delay from

photometric survey

Step 1 : form of the lensing potential (Hernquist for stars + NFW for DM) Step 2a: MC integration of 3D spherical Jeans equs 2b: lens models 2c: minimize dyn & lensing χ2

Step 3 : estimate H0 (slope of mass profile from model and/or observations)

Status in 2004 : The Hubble constant from quasar time delays

10 gravitational lenses ⇒ H0 = 61 ± 7 km s-1 Mpc-1

Direct method, known physics

HST KP : H0 = 72 ± 8 km s-1 Mpc-1

Lensing : H0 = 61 ± 7 km s-1 Mpc-1

Status in 2009 : The Hubble constant from quasar time delays

18 time delays ⇒ H0 = 63.4 ± 8.4 km s-1 Mpc-1

HST KP : H0 = 74.2 ± 3.6 km s-1 Mpc-1

Lensing : H0 = 63.4 ± 8.4 km s-1 Mpc-1

Comparaison des valeurs

de H0 obtenues

par différentes méthodes

Bonvin et al. 2016

De : Sherry Suyu <[email protected]> Date : 3 octobre 2011 21:05:12 HAEC Cc : Roger Blandford, Wendy Freedman, Tommaso Treu, Sherry Suyu Objet : Invitation to workshop on the Hubble Constant

Dear all,

We would like to invite you to a workshop on "The Hubble Constant: Current and Future Challenges" at the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology during February 6-8, 2012. The aim of the workshop is to bring together experts from multiple disciplines who are interested in measuring or using the value of the Hubble constant. Questions to be addressed include "What are the main limitations in measuring H_0?", "How do we overcome them?", and "Which of the many approaches need to be pursued now?". We have identified five broad categories of methods: (1) Cepheids and TRGB, (2) Secondary distance indicators including SN Ia, TF and SBF, (3) Masers, (4) Gravitational lens time delays, and (5) CMB, BAO and SZ. The workshop will be small with about 30 participants and will be highly interactive -- after a few introductory talks on the approaches for measuring the Hubble constant, there will be several working group sessions combining experts and outsiders for each of the methods to discuss the current precision/accuracy and future prospects of each approach.

We hope to see you at the workshop ! Best regards, Roger Blandford, Wendy Freedman, Sherry Suyu, Tommaso Treu

L’action perturbatrice de la galaxie lentille dédouble l’image d’une supernova

SN A

SN B

SN

ionmagnificat=ΩΩ

=s

i

dd

µ

galaxie

En 1964, S. Refsdal ne pense pas à un source quasar mais à une source supernova

This NASA/ESA Hubble image shows the positions of the past, present and predicted future appearances of the Refsdal supernova behind the galaxy cluster MACS J1149+2223.

The uppermost circle shows the position of the supernova as it could have been seen in 1995 (but was not actually observed). The lowermost circle shows the galaxy which lensed the Refsdal

Supernova to produce four images, a discovery made in late 2014. The middle circle shows the predicted position of the reappearing supernova in late 2015 or early 2016.

NASA ESA 2014

NASA ESA 2015

the predicted image appeared at the right time and the right place

This composite image shows not a quasar but the gravitationally

lensed type Ia supernova iPTF16geu, as seen with different telescopes.

April 2017

Palomar Observatory / Caltech Sloan Digital Sky Survey Hubble NASA/ESA Hubble NASA/ESA

The galaxy SDSS J210415.89-062024.7 is located 2.5 billion light years away. It acted as a lens for a supernova at an even greater distance, creating four distinct images of the explosion — an

effect created by strong gravitational lensing. Hubble NASA/ESA 2017

The supernova iPTF16geu exploded at a distance corresponding to a time 4.3 billion years ago. It could only be detected because a foreground galaxy lensed the light of the explosion, making it 50 times brighter for observers on Earth. It also caused the supernova to appear in four distinct

images, surrounding the lensing galaxy in the foreground. Hubble NASA/ESA 2017

11.6 Un outil pour étudier

la matière sombre et

l’énergie sombre

Les amas de galaxies et la matière sombre •  Zwicky, 1933, Helvetica Phys. Acta, 6, 110 mentionne pour la première fois une possible prédominance

gravitationnelle de «matière sombre», invisible, suspectée lors de l’analyse des mouvements de galaxies dans des amas.

Masse / Luminosité = (M/L)V ~ 300 h(M/L)� •  M/L (amas de galaxies) ~ 100 fois plus grands que celui des

populations stellaires bien étudiées, lesquelles ont M/L ≤ 5. •  La matière sombre semble dominer, à grande échelle, tout

l’univers observable.

Cl 2244-02 ESO VLT Image composite IR

Lynds & Petrosian 1989, ApJ, 336, 1 Mellier et al. 1991, ApJ, 380, 334

zamas = 0.328 zsource = 2.237

Convergence et cisaillement Les propriétés locale de l’application plan source – plan lentille sont

décrites par sa matrice jacobienne: A ≡ ∂β /∂θ Avec κ la convergence et γ le cisaillement: La convergence κ induit sur les rayons lumineux une action amplificatrice. L’image possède la même forme que la source, mais de taille différente. Le cisaillement introduit une anisotropie d’intensité γ et d’orientation ϕ.

!!"

#$$%

&

−−!!"

#$$%

&−=

φφ

φφγκ

2cos2sin2sin2cos

1001

)1(A

⇒

21.10 De la RR à la RG (suite)

Champ de déformation

sans déformation avec déformation

Abell 2218 HST WFPC2 zamas = 0.175 zsources ~ 0.7-5.6

NASA-STScI, 2000, ERO program

1'×1'

Distortion et amplification par un amas de galaxies

zamas = 0.25 σ = 1000 km s-1 régime fort

régime faible (arclet)

Un amas de galaxies comme lentille

•  Tout amas de galaxies, riche ou pauvre, perturbe les images de toutes les galaxies d’arrière plan.

•  Régime fort: les images multiples de quelques galaxies d’arrière plan fortement perturbée fournissent des informations rares et individuellement contraignantes,

•  Régime faible: les images simples de nombreuses galaxies d’arrière plan faiblement perturbée fournissent des informations nombreuses et statistiquement contraignantes,

informations essentielles sur la configuration géométrique du potentiel gravitationnel de l’amas

Abell 1689 HST ACS zamas = 0.182 σa= 1848 ± 166 km s-1

La distribution des arcs et arclets fournit un estimateur très robuste de masse (PSF et seeing)

Image HST profonde tint = 13.2 heures

Abell 1689 HST ACS

Abell 1689 HST ACS

Abell 1689 HST ACS

NASA/ESA Hubble Space Telescope : galaxy cluster MACS J1206.2-0847 NASA/ESA Hubble Space Telescope : galaxy cluster MACS J1206.2-0847

Cisaillement γ en fonction de la convergence κ Seitz & Schneider, 1997, A&A, 318, 687

Reconstruction de la distribution de masse via les distorsions gravitationnelles

Les amas de galaxies ≡ fortes surdensités de masse Plusieurs approches très différentes pour la détermination des mases des amas de galaxies fournissent des résultats semblables: (i) viriel, via la dispersion des vitesses des galaxies dans l’amas (ii) profil radial, via les observations en rayons X (iii) effet Sunyaev-Zeldovich, via le fond cosmologique de rayonnement thermique (iv) arc et arclets, via le champ de déformations des images ⇓

les quatre estimations indépendantes montrent que pour les amas de galaxies le rapport mass-luminosité (M/L)V ≅ 300 ± 100 h (M/L)�

les amas de galaxies totalement dominés par la matière sombre

A cause d’une série de

lentilles gravitationnelles,

toutes les étoiles que

l’on observe ici… …sont en fait

là-bas.

Abell 1689 HST ACS zamas = 0.182 σa= 1848 ± 166 km s-1

La distribution des arcs et arclets fournit un estimateur très robuste de masse (PSF et seeing)

Image HST profonde tint = 13.2 heures

z = 4.64

z = 4.64

depuis environ deux décennies nous vivons

un âge d’or de la cosmologie

prix Nobel récents en physique

2011 : Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, Adam G. Riess 2006 : John C. Mather, George F. Smoot

2002 : Raymond Davis Jr., Masatoshi Koshiba, Riccardo Giacconi

accord complet de la RG avec les observations

(position, multiplicité, luminosité, forme)

seulement si on prend en compte une grande quantité de matière sombre : une des grandes questions de la physique depuis les travaux de F. Zwicky en 1936

Dark matter

Les amas de galaxies ≡ fortes surdensités de masse EUCLID le projet de satellite

sélectionné par l’ESA

en octobre 2011

EPFL - GM 179

L'École d'Athènes de Raphaël (1510-1511)

Musée du Vatican à Rome

Légende 1 : Zénon de Citium ou Zénon d'Élée ? 2 : Épicure 3 : Frédéric II de Mantoue ?

4 : Boèce ou Anaximandre ou Empédocle ? 5 : Averroès 6 : Pythagore 7 : Alcibiade ou Alexandre le Grand ? 8 : Antisthène ou Xénophon ?

9 : Hypatie ou Francesco Maria Ier della Rovere ? 10 : Eschine ou Xénophon ? 11 : Parménide ? 12 : Socrate 13 : Héraclite (sous les traits de Michel-Ange)

14 : Platon tenant le Timée (sous les traits de Léonard de Vinci) 15 : Aristote tenant l’Éthique 16 : Diogène de Sinope 17 : Plotin ?

18 : Euclide ou Archimède entouré d'étudiants (sous les traits de Bramante) ? 19 : Strabon ou Zoroastre ? 20 : Ptolémée R : Raphaël en Apelle

Sélectionné par l’ESA le 4 oct 2011 avec un lancement en 2021

73 % Dark Energy

23 % Cold Dark Matter

4 % Atoms

inconnue inconnue

connue

ΩCDM

ΩΛ

Ωb

1) Ωb matière baryonique (attractive) 2) ΩCDM matière sombre (attractive) 3) ΩΛ énergie sombre (répulsive)

Le modèle cosmologique actuel repose sur des bases observationnelles très solides, mais comporte deux composantes inconnues dont la nature devrait révolutionner

la physique fondamentale et notre compréhension de l’Univers

matière sombre et énergie sombre La structure cosmique de la répartition de la matière dans l’Univers provient d’instabilités

gravitationnelles de petites perturbations primordiales qui ont atteint des tailles macroscopiques durant une période initiale appelée inflation

La matière sombre façonne la distribution de la matière visible d’une manière qui reflète la nature de l’énergie sombre. La distribution des galaxies dans un Univers sans énergie sombre (gauche) diffère

de façon mesurable de celle dans un Univers avec énergie sombre (droite).

sans énergie sombre avec énergie sombre

�image colombi IAP �

Les rayons lumineux provenant des galaxies lointaines subissent de multiples déflections durant leurs traversées de l’Univers :

il s’agit du phénomène de lentilles gravitationnelles dans le régime faible

bkhbkhbkhb

�image colombi IAP �

jhgjhgjhgjg Euclid : relevé dans le visible et le proche infrarouge couvrant 20’000 deg2

optimalisé pour pour deux études cosmologiques primordiales Weak Gravitational Lensing (WL) and Baryonic Acoustic Oscillations (BAOs)

formes et distances 1,5 milliards de galaxies

tomographie de l’Univers

bkhbkhbkhb Sarah Bridle Great08

La forme d’une galaxie mesurée avec une précision d’environ 1 %

EUCLID data reduction

The goal is to address two fundamental issues in weak lensing tomography, using realistic simulated data (Kitching et al. 2010, arXiv:1009.0779)

Challenge 1 : to measure the shape of 52 millions of galaxies

Challenge 2 : to characterize and interpolate the instrumental response or PSF (Point Spread Function) with exquisite accuracy

The series of « GREAT » challenges is a blind test-bench for EUCLID and for ongoing and future ground-based and space surveys. The challenge is progressively made more and more complex and realistic to allow robust lensing measurement methods to be developed.

EPFL/LASTRO is ranked 1rst on Challenge 2 and is ranked 4th (out of 82) on Challenge 1, beating most popular algorithms. Courbin, Gentile, Nurbaeva

A challenge to design and test weak lensing algorithms

for whole-sky surveys Swiss 1.2-m Euler telescope and deconvolution

QSO 2237+0305: La Croix d’Einstein

Le phénomène de lentilles gravitationnelles induit d’impressionnantes images

de mirages cosmiques

Ce phénomène se révèle extrêmement utile pour étudier l’Univers

Il permet des mesures fondamentales

de paramètres cosmologiques liés à la matière sombre et à l’énergie sombre,

essentiels pour la compréhension de cet Univers

Direct Observation of Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein's Prediction

February 11, 2016 •  For the first time, scientists have observed ripples in the fabric of spacetime called

gravitational waves, arriving at the earth from a cataclysmic event in the distant universe. This confirms a major prediction of Albert Einstein’s 1915 general theory of relativity and opens an unprecedented new window onto the cosmos.

•  Gravitational waves carry information about their dramatic origins and about the nature of gravity that cannot otherwise be obtained. Physicists have concluded that the detected gravitational waves were produced during the final fraction of a second of the merger of two black holes to produce a single, more massive spinning black hole. This collision of two black holes had been predicted but never observed.

•  The gravitational waves were detected on September 14, 2015 at 5:51 a.m. Eastern Daylight Time (09:51 UTC) by both of the twin Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) detectors, located in Livingston, Louisiana, and Hanford, Washington, USA. The LIGO Observatories are funded by the National Science Foundation (NSF), and were conceived, built, and are operated by Caltech and MIT. The discovery, accepted for publication in the journal Physical Review Letters, was made by the LIGO Scientific Collaboration (which includes the GEO Collaboration and the Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) and the Virgo Collaboration using data from the two LIGO detectors.

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)

déplacement des miroirs par le passage des ondes gravitationnelles égal à 10-16 cm équivalent à 10-3 rayon d’un atome

LIGO near Hanford, Washington, U.S. The other of the two LIGO installations is near Livingston, Louisiana, U.S.

Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger

B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration) Phys. Rev. Lett. 116, 061102 – Published 11 February 2016

On September 14, 2015 at 09:50:45 UTC the two detectors of the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory simultaneously observed a transient gravitational-wave signal. The signal sweeps upwards in frequency from 35 to 250 Hz with a peak gravitational-wave strain of 1.0×10−21. It matches the waveform predicted by general relativity for the inspiral and merger of a pair of black holes and the ringdown of the resulting single black hole. The signal was observed with a matched-filter signal-to-noise ratio of 24 and a false alarm rate estimated to be less than 1 event per 203 000 years, equivalent to a significance greater than 5.1σ. The source lies at a luminosity distance of 410+160−180 Mpc corresponding to a redshift z=0.09+0.03−0.04. In the source frame, the initial black hole masses are 36+5−4M� and 29+4−4M�, and the final black hole mass is 62+4−4M�, with 3.0+0.5−0.5M�c2 radiated in gravitational waves. All uncertainties define 90% credible intervals. These observations demonstrate the existence of binary stellar-mass black hole systems. This is the first direct detection of gravitational waves and the first observation of a binary black hole merger.

Two Black Holes Merging This video looks at what you might see when viewing the black hole merger directly. This is a

physically accurate gravitational lensing visualization of the last few orbits of a binary black hole merger. The camera is above the orbital plane of the merger, looking down. The mass

ratio is 3 to 1. The large black hole has a dimensionless spin of 0.7, whereas the small hole's dimensionless spin is 0.3, with both spins in arbitrary directions.

Ondulations de l’espace-temps détectées par LIGO

Une fois de plus, la Nature semble en parfait accord avec les prédictions de la RG

« Ce qu’il y a de plus incompréhensible au sujet de l’Univers,

c’est qu’il semble compréhensible »

Albert Einstein (1879-1955)

Albert Einstein Out of my late years

Philosophical Library New York 1950

histoire de la cosmologie - unigeobs€¦ · site web du laboratoire et du cours : ... • paty,...

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