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Mise à jour le 11 Janvier 2017

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CONFÉRENCE
«À LA RECHERCHE DE L’UNIVERS INVISIBLE»

Par David ELBAZ Dir. de Recherches au CEA-Saclay/

DSM/DAPNIA/Service d’Astrophysique

Organisée par l'IAP

98 bis Bd Arago, Paris 14ème

Le Mardi 3 Janvier 2017 à 19H30

 

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

Vidéos des conférences proposées par l’IAP sur Canal U

 

BREF COMPTE RENDU

 

 

 

 

 

C’est Florence Durret, astronome à l’IAP, spécialiste des amas de galaxies, qui nous présente ce soir David Elbaz.

 

Comme on peut lire sur son site :

David Elbaz, astrophysicien, est directeur de recherche Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA Saclay), où il dirige le laboratoire Cosmologie et Évolution des Galaxies. Il est conseiller scientifique auprès de l'agence spatiale européenne pour la sélection de ses futures missions spatiales (ESA, AWG) et membre du Comité d'évaluation sur la recherche et l'exploration spatiales pour le centre national d'étude spatiales (CNES).

Spécialisé dans l'étude de la formation des galaxies, David Elbaz est auteur/co-auteur de 235 publications dont plus de 60 avec plus de 100 citations. Ses travaux sur la formation des galaxies ont été primés par le Prix Chrétien de la Société Américaine d'Astronomie (2000). Il enseigne un cours sur la formation des galaxies au master M2 Astronomie & d'Astrophysique de Paris.

 

 

Parallèlement à ses activités de recherche en astrophysique, il travaille à la diffusion des connaissances scientifiques.

 

Son dernier livre "à la recherche de l'univers invisible: matière noire, énergie noire, trous noirs" est sorti en octobre 2016 aux éditions Odile Jacob. À lire absolument !

 

 

Il nous entretient justement ce soir de ce sujet….noir ! Sommes-nous à la veille d’une révolution scientifique ?

 

Il y a dans le ciel des zones sombres, opaques à la lumière des étoiles ; on peut se poser la question de savoir si ce sont des zones vides ou des zones empêchant la lumière de passer.

 

 

Il existe des nébuleuses sombres, comme ce nuage de Barnard ; ce sont des nuages moléculaires contenant beaucoup de poussières qui bloquent la visibilité.

Cette visibilité est améliorée quand on regarde en IR (photo de droite).

Et en lumière visible.

Cette structure qui s’appelle aussi un globule de Bok est en état de pré formation stellaire.

 

Après effondrement du nuage, un disque circumstellaire se formera qui génèrera plus tard des planètes.

 

Mais ces zones sombres sont la source d’étoiles très massives et très brillantes et qui vivent peu longtemps, comme celles du nuage Barnard 168., situé à 4000al dans le Cygne et vu ici par le satellite Herschel.

 

 

L’étude de ces zones sombres, permet d’accéder à l’histoire de la croissance des galaxies.

 

Comme illustré sur cette diapo.

 

Il semble que cela ne soit pas si facile de créer des galaxies.

 

En vertical : le nombre d’étoiles formées.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zwicky, Millikan et les autres.

 

Dans les années 1930, une discussion s’engage au Caltech (Pasadena Californie) entre le prix Nobel Robert Millikan et son étudiant arrivé de Suisse Fritz Zwicky, celui-ci n’ayant jamais sa langue dans sa poche et possédant une haute opinion de lui-même (justifiée d’ailleurs !). Il n’hésite pas à lui dire : j’ai lu toutes les conférences et articles e votre part et je n’y trouve aucune idée originale.

Millikan répond, très bien et vous-même ? Nommez le sujet et je vous apporte une idée nouvelle la concernant.

Alors, dit-il, consacrez vous à l’astrophysique !

Et c’est ainsi qu’un des cerveaux les plus brillants du XXème siècle se tourna vers cette discipline, en commençant par les mystérieux rayons cosmiques.

 

Et au cours de cette recherche Zwicky allait mettre le doigt sur la mystérieuse matière qui allait être baptisée de noire.

 

En cherchant les sources d’énergie de ces fameux rayons cosmiques, il se met en quête des sources les plus puissantes, et il pense tout de suite aux novæ, ces fins explosives d’étoiles massives. Il en découvre d’ailleurs de très très lumineuses, qu’il baptise du nom qui est resté : supernovae. Sa luminosité est beaucoup plus importante que toutes les étoiles de la galaxie hôte.

Mais ce phénomène étant très rare, il lui fallait augmenter son champ de vision afin d’englober énormément de galaxies pour augmenter la probabilité d’apparition d’une SN.

 

C’est ainsi qu’il se retrouve au Mont Wilson à observer l’amas de Coma, situé à 320al de nous et contenant plus de 1000 galaxies.

Il constata que quelque chose n’allait pas, les galaxies extérieures au lieu d’avoir tendance à s’échapper, restaient maintenues à l’intérieur comme si une masse invisible exerçait sa gravité.

 

En se basant sur le théorème du Viriel, il put estimer (malgré quelques erreurs dans le calcul) la masse nécessaire pour empêcher les galaxies externes de s’échapper et maintenir une certaine cohésion. 

 

C’était très important et invisible (6 fois plus que de visible après correction).

 

 

Cela prendra le nom plus tard de matière noire.

 

 

 

 

 

La communauté scientifique ne prêta aucune attention à cette découverte, probablement dû au caractère un peu « spécial » de Zwicky.

 

 

Il faudra attendre Vera Rubin (décédée à Noël dernier)

 

La matière serait composée à 85% de matière invisible et de 15% de matière lumineuse.

 

 

 

 

 

 

 

La présence d’une énorme quantité de matière noire donne naissance au phénomène de lentille gravitationnelle qui nous permet de voir en fait beaucoup plus loin.

 

Cette vision est déformée par l’effet lentille mais nous apprenons beaucoup, comme pour Abell 370

 

On voit parfaitement l’arc provoqué par la déviation des rayons par les « bosses » de matière noire.

 

 

 

 

L’INTERVENTION DE L’ÉNERGIE NOIRE.

 

Après une introduction sur les différents moyens de mesurer les distances cosmiques qui sont :

·         La parallaxe pour des distances courtes (quelques dizaines d’al)

·         Les Céphéides (pulsation en fonction de la luminosité) pour des distances plus éloignées, million d’al et enfin

·         Les supernovae de type Ia, véritables super chandelles standard pour des distances cosmologiques.

 

Et c’est justement en étudiant ces SN dans les années 1990, pour voir comment pouvait s’éteindre notre Univers (la gravité reprendrait-elle le dessus sur l’expansion ?) que des équipes d’astronomes (Perlmuter, Ries, Schmidt) mirent en évidence une énorme surprise.

Au lieu que l’expansion de l’Univers ralentisse, comme cela semblait logique ; ils remarquèrent que cette expansion s’accélérait !

 

Sous l’action de quelle force anti gravitationnelle cela pouvait il se produire ? On ne savait pas, aussi l’a-t-on appelée énergie noire.

 

Cette découverte d’accélération de l’expansion peut aussi s’appréhender comme une nouvelle inflation, un nouveau Big Bang.

 

 

RETOUR À LA MATIÈRE NOIRE.

 

La matière noire courbe l’espace, comme prévu par la Relativité Générale et crée ainsi des puits gravitationnels, et qui vont attirer la matière normale.

 

Ces cavités vont « vibrer » et être la source d’ondes sonores, des oscillations acoustiques.

 

Celles-ci dépendent de la composition en proportion des différents composants, et aujourd’hui, on est capable de fixer ces compositions à :

·         5% de matière visible

·         27% de matière noire

·         68% d’énergie noire.

 

 

 

 

 

Dans le passé ces proportions étaient différentes comme on le voit sur le schéma ci-contre.

 

 

Par exemple il y a 3,6 milliards la proportion entre matière et énergie noire était de 50-50.

 

On sait aujourd’hui, que la matière noire est indispensable pour créer étoiles et galaxies, la matière ordinaire n’y arriverait pas.

 

 

 

 

 

ET LES TROUS NOIRS.

 

 

On a souvent parlé ici de la genèse de l’idée de trous noirs et d’horizon, je n’y reviendrai pas.

 

Mais il pourrait exister une nouvelle « race » de trous noirs : les micro-trous noirs primordiaux, qui seraient nés pendant la période inflationnaire au tout début du BB.

C’est du moins ce que pensait S Hawking en 1974 en publiant un article (Black Holes explosion) à ce sujet. Ils s’évaporent !

 

Ces TN de très faible masse, se seraient depuis longtemps en grande partie évaporés.

Certains physiciens (notamment Alexander Kashlinsky du GSFC) pensent que ces TN primordiaux pourraient constituer…..la matière noire !!!! Si c’est le cas, on aura fait un grand pas dans la résolution de l’énigme matière noire.

 

Mais les dernières informations ne semblent pas aller dans ce sens.

 

 

 

 

LES ILLUSIONS COSMIQUES.

 

David Elbaz passe en revue diverses illusions dont celle-ci.

 

Et si l’Univers n’était qu’une image, une ombre de la réalité, projetée dans la fameuse caverne de Platon.

 

Allégorie qui introduit l’idée de changer de point de vue.

 

Tout cela nous mène à John Wheeler et Jacob Bekenstein discutant de désordre et entropie autour d’une tasse de café.

L’entropie, introduite par Boltzmann caractérise le degré de désordre de la matière. Le deuxième principe de la thermodynamique stipule qu’un système physique évolue toujours vers une augmentation de l’entropie.

 

 

 

 

 

 

Comment relie-t-on cela aux trous noirs ?

 

Un trou noir possède un horizon, zone de non retour entourant la singularité. La surface définie par cet horizon, croit quand la masse du TN augmente.

Bekenstein a l’idée d’appliquer la Mécanique Quantique à la surface du trou noir.

Il divise la surface du TN en petits paquets (comme les quantas) de longueur de Planck, qu’il appelle cellules de Planck.

 

L’entropie du TN était lié en fait au nombre de cellules de Planck de la surface.

Il publie ses idées en 1973

.

 

Mais une entropie implique que le TN devait avoir …une température et donc devait rayonner.

Ce qui mène ainsi par un autre rayonnement au fameux rayonnement de Hawking.

 

 

LA GRAVITÉ PHÉNOMÈNE ÉMERGENT.

 

 

L’idée est celle-ci : et si la gravité n’apparaissait qu’aux échelles macroscopiques et non pas au niveau des particules élémentaires, elle serait une propriété émergente, une force entropique et non plus une des quatre forces fondamentales ? C’est Ted Jacobson qui émit cette idée en 1995 ; idée reprise un peu plus tard par le physicien indien Thanu Padmanabhan.

 

Il pense que l’accélération de l’expansion de l’Univers provient de notre méconnaissance de la gravité, qui devrait en fait être traitée comme une force émergente.

 

Ceci impliquant à ses yeux un univers holographique.

 

Bizarre bizarre…..affaire à suivre absolument.

 

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

 

Théorème du viriel et masse de la Voie Lactée  cours de D Elbaz.

 

La densité moyenne de matière par le LAPTH (Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique).

 

Les trous noirs primordiaux, site inconnu.

 

Trous Noirs Primordiaux et Matière Noire par « ça se passe là haut »

 

Les micro trous noirs primordiaux, article de Pour la Science.

 

Allégorie de la caverne de Platon chez Wikipédia.

 

Entropie (thermodynamique)

 

Astrophysical and cosmological consequences of primordial black holes par Bernard Carr Queen Mary University London

 

Thermodynamique du trou noir par N Rumiano

 

Le physicien Thanu Padmanabhan remporte son pari sur l’énergie noire

 

Theoretical physics: The origins of space and time, article de Nature

 

 

 

 

Bon ciel à tous !

 

 

Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.

www.planetastronomy.com

 

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