Mise à jour le 14 Avril 2015
CONFÉRENCE
«MATIÈRE NOIRE ET ÉNERGIE SOMBRE :
QUE VA NOUS APPRENDRE EUCLID ?»
Par Yannick MELLIER Astrophysicien IAP
Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
Le Mardi 7 Avril 2015 à 19H30
Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
J’étais absent pour cause de maladie, heureusement j’ai des collègues qui ont pu prendre des notes et des photos qu’ils en soient remerciés ici. Y Mellier a eu aussi la gentillesse de me passer sa présentation pour compléter le CR
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos
Vidéos des conférences proposées par l’IAP sur Canal U
Photos C Larcher, notes B Beckert.
BREF COMPTE RENDU
De gauche à droite : Yannick Mellier, Guillaume Hébrard et Jean Mouette au début de la conférence.
Voici ce qui se trouvait sur le site de l’IAP :
La découverte de l'accélération de l'expansion de l'Univers conduit les cosmologistes à postuler l'existence d'une énergie noire qui serait la composante dominante du contenu en matière-énergie de l'Univers actuel. Ainsi, 95% de l'Univers seraient constitués de matière noire et d'énergie noire dont les natures nous sont totalement inconnues. Elles présentent pour les physiciens des enjeux passionnants, d'où pourrait voir
naître une nouvelle physique fondamentale autour de ces deux composantes. La mission spatiale de l'ESA Euclid a été sélectionnée par l'Agence Spatiale Européenne pour apporter des réponses concernant la vraie nature de l'Univers noir et révéler la physique nouvelle sous-jacente. Au cours de cette conférence, je présenterai les enjeux scientifiques et techniques de cette mission de haute précision particulièrement complexe, et ce qu'elle devrait nous apprendre sur la matière noire, l'énergie noire,
l'histoire de l'Univers et son devenir.
Voici les notes de Bruno Beckert, j’y ai ajouté quelques commentaires par ci par là.
Y. Mellier, IAP et CEA/IRFU ( études sur les arcs gravitationnels, sur la répartition de la matière à grande échelle, responsable du centre de données de l’IAP, responsable EUCLID, médaille d’argent du CNRS, etc..)
C’est une mission ESA dont le lancement est prévu en 2020 par une fusée Soyouz depuis Kourou.
But de la mission : déterminer pourquoi l’expansion de l’univers est accélérée.
Rappels : en 1929, Edwin Hubble met en évidence une loi d’expansion de l’univers.
En 1998, Saul Perlmutter et al. mettent en évidence un accélération de cette expansion en analysant des courbes de lumière de super novae de type Ia.
Testée sur près de 500 SN, découverte est validée à 99.999% et vaudra le prix Nobel.
L’accélération est confirmée par d’autres mesures.
On observe une décélération pour les grands décalages (il y a donc longtemps) et une accélération aujourd’hui (pour les faibles décalages). On a donc trois étapes : celle déterminée par la mission PLANCK, où l’univers est dominé par le rayonnement, celle où l’univers est dominé par la matière, enfin celle où il est dominé par l’énergie sombre, la période « contemporaine ».
Notre univers apparaît composé de 95% de matière « noire » et d’énergie « sombre » dont on ne connait pas les vraies natures.
Pourquoi l’expansion serait-elle accélérée ?
Il y a quelques hypothèses toujours en discussion parmi les physiciens :
· Une interaction nouvelle (force répulsive, anti gravité) ?
· Une modification des lois de la gravitation à très grande échelle (par rapport à la RG) ?
· Un écart par rapport au principe cosmologique (homogénéité et isotropie) ?
Une révolution dans chaque cas de figure…
L’énergie sombre étant répulsive, force l’Univers à grandir.
Et si l’Univers grandit sa densité de matière se dilue dans le temps, et cela a une influence sur notre avenir.
Des scénarios de l’évolution de l’univers en fonction de l’évolution de la densité d’énergie sombre :
1- densité en augmentation, BigRip
2- densité constante, l’expansion est continue et ne s’arrêtera jamais
3-densité diminue, BigCrunch (dans x10 milliards d’années …)
L’histoire de l’Univers et son avenir dépendent de la proportion existant entre matière noire et énergie sombre…
Comment caractériser cette énergie sombre ?
On fait une hypothèse :
L’univers est presque homogène et isotrope, c’est un fluide parfait dont on peut déterminer l’équation d’état et donc avoir une relation entre pression et densité du type w = P / rho (lequel w peut dépendre du temps).
Planck a donné une contrainte sur w mais on ne peut dire si w est constant ou si w= -1 (un genre de « constante cosmologique, signe négatif car contre la gravité).
Son origine peut être l’énergie du vide, mais pose quelques problèmes, en effet, il existe un écart colossal entre les prédictions théoriques et les densités d’énergie observées.
Selon les hypothèses actuelles il y a plus de 50 ou 100 ordres de grandeur de différence entre les deux : un challenge pour la physique théorique compte tenu de la solidité actuelle du modèle standard de la théorie quantique des champs testé en accélérateur.
Pourquoi la constante cosmologique est-elle si petite?
Conséquences pour les modèles d’univers et la physique? On pourrait introduire des particules très hypothétiques (super symétrie) mais des écarts subsisteraient.
On va mesurer pour z variant de 0 (maintenant) à 2, la partie fixe de w (on espère mieux que 1% près) et la partie variable selon le temps (on espère mieux que 5%). Des effets infimes de structuration, les décalages, la matière noire par les effets de lentille gravitationnelle, les distances par spectroscopie.
On mesurera tout le ciel extra galactique et extra écliptique (pour éviter les poussières) sur 15000 degrés carrés (environ un tiers du ciel) par imagerie visible et IR.
La distribution de matière noire sera vue par les effets de lentille gravitationnelle sur un milliard de galaxies.
On aura la distribution 3D pour 30 millions de galaxies par spectroscopie.
Les distorsions de redshifts induites par les faibles vitesses propres des galaxies pointant vers les amas permettront de tester la gravité à très grande échelle.
On mesurera sur 10 tranches de temps entre z=0 et z=2, de la distribution de la matière noire.
Ou bien w est constant et très proche de -1 , c’est la constante cosmologique, ou w dépend du temps de la forme suivante :
w = wp + wa (t)
Seule une expérience très précise comme le projet Euclid pourra lever les incertitudes et déterminer
wp avec une précision meilleure que 1% (10 fois mieux qu’aujourd’hui) et
wa avec une précision meilleure que 5% (40 fois mieux qu’aujourd’hui)
La mission Euclid de l’ESA.
La mission Euclid doit donc mesurer des effets physiques infimes de l’énergie sombre et de la gravitation sur :
· L’histoire de l’expansion,
· L’histoire de la formation des structures,
À cet effet il faudra observer l’évolution de la distribution et la structuration tridimensionnelle à grande échelle de :
· La matière noire
· Des galaxies
Depuis aujourd’hui, jusqu’à la période de transition ou la matière noire dominait l’énergie sombre
On va donc observer l’évolution de la matière noire et des galaxies, et on va essayer de se situer par rapport à l’époque de la transition (période où la matière noire dominait l’énergie sombre) déjà évoquée.
Des effets infimes vont devoir être mesurés, et il faudra donc construire de nouveaux outils et établir le protocole de nouvelles expériences.
Il va falloir avec ce télescope spatial :
· Faire de l’imagerie dans le visible et dans l’IR et effectuer des spectres.
· Et ceci sur tout le ciel extragalactique
· Mesurer les formes et les distances de 2 milliards de galaxies grâce à l’effet de lentilles gravitationnelles
· Mesurer la distribution de 30 millions de galaxies en fonction du temps par spectroscopie et mesure de redshift.
C’est un télescope de 1,2m de diamètre qui va être fabriqué par Airbus ex Astrium (Cannes).
Il va fournir la lumière à deux instruments :
· Un imageur dans le visible (VIS) et
· Un spectro imageur dans l’infra rouge (NISP)
Ces deux instruments sont développés par un consortium européen comprenant plus de 100 laboratoires et 800 chercheurs et ingénieurs en Europe et est sous la responsabilité scientifique de Yannick Mellier, chercheur à l'IAP .
Lancement en 2020 par une fusée Soyuz-Fregat depuis Kourou
· Placé
sur une trajectoire autour du « point de Lagrange L2 »
· Opération
pendant au moins 6 à 7 ans
Coût du projet : 1 G€, flux de données 850 Gb/24h, fin 2025
EN CONCLUSION :
· Une mission spatiale de l’ESA unique conçue
pour comprendre l’origine de l’accélération de l’expansion de l’Univers.
· Elle permettra de résoudre une des énigmes les plus fascinantes de la physique et de la cosmologie moderne.
· Pour être certain des conclusions Euclid utilisera
5 méthodes différentes d’observation et d’analyse.
· Apportera des informations 50 à 100 fois plus précises que celles
dont nous disposons aujourd’hui.
· Euclid = 12 milliards de sources, 30 millions de redshifts: une mine d’or pour professionnels et amateurs pendant plusieurs décennies.
Euclid alimentera le JWST, l’E-ELT, SKA, LSST.
· Euclid Consortium = 1250 chercheurs/ingénieurs, 15 pays, 130 labos.
· Une formidable chance pour les jeunes astrophysiciens et physiciens des décennies 2020-2060.
Nous leur donnons rendez vous dans ces colonnes pour le compte rendu de mission…..
Encore un grand merci à mes collègues qui malgré mon absence m’ont permis de mettre en ligne un CR.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Euclid, et énergie sombre : CR de la conf SAF (Cosmologie) de Y Mellier du 19 Janv 2013
Slides en anglais d’une partie de cette présentation.:
Bon ciel à tous !
Bruno Beckert et Christian Larcher
Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.
Les autres CR des conférences IAP.
Abonnez-vous gratuitement aux astronews du site en envoyant votre nom et e-mail.