Planck Bouchet SAF 9 Oct 2013



Mise à jour 26 Octobre 2013


CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF «LA PREMIÈRE LUEUR DE L’UNIVERS SCRUTÉE PAR PLANCK»
Par François BOUCHET
Astrophysicien IAP, responsable de l’instrument HFI de Planck
Au FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
Le Mercredi 9 Octobre 2013 à 20H30

Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.
Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle : xx, elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2013-2014. .
~~Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant~~.
(désolé du retard dû au voyage au CERN)

Par contre j’ai trouvé sur le Net deux conférences de F Bouchet très similaires à celle qu’il nous donnée, voir ici et même ici.

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet
On la trouve à cette adresse http://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9Trc3AUMpBPXbqOKNDiQ1MvT




Une salle bien pleine comme presque toujours maintenant !





À grande échelle, l’Univers est une éponge : des vides et des espaces pleins.

En se plongeant dans le passé, on voit apparaître des structures de plus en plus tôt, jusqu’à la limite ultime ; la surface de dernière diffusion, 380.000 ans après le Big Bang.

Des grumeaux apparaissent, qui vont être les graines des futurs grandes structures.

On s’en était rendu compte avec COBE, le premier satellite lancé pour étudier ce phénomène.
Depuis, une avalanche de progrès techniques notamment avec WMAP et Planck, ont permis d’affiner ces mesures de plus en plus.






HISTOIRE BRÈVE DU SATELLITE PLANCK.

Rappelons que Planck a été conçu à l’époque de COBE.

La genèse commença avec un satellite qui devait être purement français, Samba, avec le CNES, puis l’ESA s’est intéressé au problème et on sélectionna une mission qui devait s’appeler Planck en 1996.

Le lancement eut lieu en Mai 2009 et la mise à poste (en L2) en Août 2009.

Il marche parfaitement depuis.

En juin 2010, une couverture complète du ciel est effectuée. En Novembre de la même année, une deuxième couverture est faite.

En Janvier 2012, il a effectué deux fois sa période nominale, 5 couvertures du ciel, 900 milliards de données.

Sa carrière est terminée, il n’y a plus de liquide de refroidissement.

Le 23 Octobre 2013, une cérémonie (d’adieu ?) aura lieu à Darmstadt (centre de contrôle de la mission) pour envoyer la dernière commande qui devrait « éteindre » le satellite.

Planck, devant mesurer des températures et des variations de températures extrêmement faibles, il ne faut pas que lui même soit générateur de chaleur ; il faut donc le refroidir par un système complexe à base d’Hélium super fluide dont nous avons déjà parlé.



La température des capteurs est de 0,1K, température incroyablement basse, 100mK au dessus du zéro absolu ; bien plus froid que le fond du ciel qui est à 2,7K.

La précision de la régulation de température de ces détecteurs (des bolomètres) a été pendant 900 jours de :
0,1K +/- 0,1mK !!!

Comme preuve voici l’évolution sur cette période de la température des détecteurs. (courbe du haut).








L’ANALYSE DES DONNÉES.



Planck grâce à HFI voit le ciel à travers 9 filtres allant de 100GHz (approx 3mm) à 857GHz. Ce sont les résultats bruts des bolomètres pour chaque fréquence.

Tout ce qui est rouge (principalement des poussières interstellaires) n’est pas le rayonnement d’arrière plan (le CMB).

Un traitement ad hoc permet, en éliminant les perturbations et les signaux parasites d’aboutir à la carte complète du CMB que l’on peut voir en HR ici.

Elle comporte 50 millions de pixels et est bien plus précise que WMAP.



On peut y distinguer des variations un million de fois plus petites que le rayonnement moyen.


On peut s’en rendre compte en consultant cette image qui compare les données Planck et WMAP.


Planck avec ses mesures très précises confirme aussi la théorie de l’Inflation , rappelons qu’après le Big Bang, alors que l’Univers était âgé de 10^-35 sec, il aurait subi une expansion prodigieuse (da taille aurait été multiplié par un facteur énorme : 10²⁶ !).

Les fluctuations quantiques présentes au début de l’Univers (le vide n’est pas vide !) au cours du phénomène d’inflation ont été transformées en fluctuations à l’échelle cosmologique qui sont devenues la source des grandes structures actuelles.




La lumière garde l’empreinte de ces fluctuations originales, et c’est elle que les détecteurs de Planck voit.
Mais ces fluctuations vont évoluer et se propager depuis ces 380.000 ans (date du CMB) jusqu’à maintenant ; la distance maximale qui peut être parcourue correspond à approx 1 degré en largeur sur la carte.
On peut donc séparer dans cette image globale du CMB (celle de gauche) en la lissant à 1°, en deux parties : les fluctuations à grande échelle (>1°) en haut et à petite échelle (<1°) en bas.

Sur l’image à grande échelle, la lumière n’a pas eu le temps de parcourir la distance entre les différents points, ce sont des points du ciel qui n’ont pas pu communiquer entre eux.
Un phénomène d’expansion énorme a donc dû se produire, validant ainsi l’expansion.





Ces points dans le CMB sont un peu comme des vagues de différentes hauteurs sur la mer (de différentes largeurs sur la carte du CMB) que l’on va analyser en fonction de leur hauteur (de leur largeur pour le CMB) ; cela va nous donner le fameux spectre de puissance.
On y remarque 7 pics, dont le plus important à 1°.

Ce spectre est parfaitement confronté avec la théorie. On compare les prédictions des modèles avec les données des observations pour déterminer le meilleur jeu de paramètres pour un modèle donné.
Et le meilleur modèle est celui qui comporte 6 paramètres ; c’est le LCDN (Lambda Cold Dark Matter), les données de Planck nous indiquent qu’un 7^ème paramètre n’est pas nécessaire.



Les 6 paramètres sont :



Les données de Planck permettent d’accéder aux différentes valeurs de ces paramètres :




Ces paramètres montrent (après calculs) que l’Univers est plus vieux de 50 millions d’années, son âge exact : 13,82 Ga et qu’il a un peu plus de matière que ce que l’on pensait.

Le spectre de puissance est déterminé par deux nombres : l'un décrit l'amplitude typique des fluctuations de densité d'une taille physique donnée, l'autre décrit l'amplitude relative des fluctuations de densité entre deux échelles différentes, ce que l'on appelle indice spectral des perturbations (n_s)

F Bouchet attire notre attention sur ce paramètre n_s qui ne vaut pas 1, mais 0,96 +/- 0,0054
Ce facteur représente la taille des grumeaux à différentes échelles dans l’Univers primordial ; s’il était égal exactement à 1 , les grumeaux auraient tous la même taille ; ce qui serait contraire à la théorie de l’inflation, il fallait en fait que ce facteur soit aux alentours de 0,96. Planck en apporte la preuve pour la première fois.
C’est un résultat fondamental qui confirme la prédiction de l’inflation.



En fonction des différents modèles cosmologiques d’inflation, on peut placer ceux ci sur ce graphe, par rapport aux différents résultats de Planck.
Cela apporte des contraintes à ces différents modèles.

On remarque que le modèle orange (R² inflation) est le plus proche des mesures. Certains modèles sont totalement exclus comme le vert par exemple, les autres sont moins probables.





L’EFFET DE LA MATIÈRE NOIRE.


La lumière primordiale du CMB, pour nous parvenir, traverse l’espace où elle peut par endroit rencontrer des masses de matière (amas de galaxies par exemple) et subir un effet de lentilles gravitationnelles, si bien que ce que l’on (Planck) observe est altéré par cet effet. Les rayons lumineux sont légèrement déviés et donnent ainsi une image déformée à l’arrivée (maintenant).

On peut voir aussi une animation gif d’une portion d’Univers sans effet lentille et avec.

En retranchant l’action de cette matière on peut accéder au CMB tel qu’il était à l’origine et aussi ainsi remonter et reconstruire la carte des masses de la matière noire qui produit l’effet détecté.







Voici donc la carte de la matière sombre (principalement) contenue dans l’Univers depuis les 380.000 ans jusqu’à maintenant et qui provoque l’effet de lentille gravitationnelle sur le CMB.

Les régions avec plus de masse sont en couleur claire, celles avec moins de masse en foncée.

On ne peut pas caractériser le centre de l’image qui est notre propre galaxie.







CONCLUSIONS.


Excellentes concordances entre les mesures de Planck et le modèle actuel.

La densité de matière (courbure) Omega k par rapport à la densité critique est très proche de zéro (0,006)
à induisant ainsi un Univers plat

L’inflation est confirmée (ns <1).

Six paramètres suffisants pour décrire l’Univers.

Le nombre de neutrinos semble être seulement de 3. (3,3 +/-0,27) dont la somme des masses serait < 0,23eV (très très faible)

De nouvelles données de Planck seront diffusées en 2014 concernant surtout la polarisation, elles sont attendues avec impatience.








POUR ALLER PLUS LOIN.

Planck sees a cosmic journey 13 billion years in the making par l’ESA. À voir.

The Universe Is 13.82 Billion Years Old by Phil Plait.

Les résultats de Planck sur le site de HFi.

Les paramètres cosmologiques par l’Observatoire de Paris.

Planck résultats 2013, les paramètres cosmologiques.

What The Entire Universe Is Made Of, Thanks to Planck!

Particle physics from Planck for “pedestrians” by Jo Dunkley Oxford Astrophysics. Un bon résumé relativement simple.

Une nouvelle façon d’appréhender l’histoire de notre Univers par le site de HFi Planck.

Planck résultats 2013 : Les contraintes sur l’inflation

Reconstruction of the CMB lensing for Planck

Planck résultats 2013 : Gravitational lensing by large scale structures.

Planck: All we need is six numbers to describe the universe

First cosmology results from Planck by Martin White for the Planck team. Pas mal du tout.

Planck 2013 Cosmology by F.X. Désert. Très bon.

L'analyse des données de HFI


Et sur votre site préféré :


Bon ciel à tous


Jean Pierre Martin Président de la commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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