mise à jour le 14 Décembre 2007
CONFÉRENCE
"GRANDS SONDAGES DE L'UNIVERS"
Par Olivier Le FÈVRE
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)
Organisée par l'IAP
98 bis Av Arago, Paris 14ème
le mardi 4 Décembre 2007 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
Vidéo de la conférence par le CERIMES disponible sur le site  (le CERIMES propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) :  
voir : http://www.cerimes.fr/
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
Comme d'habitude, public très nombreux pour des exposés de qualité.
 
 
 
 
Olivier Le Fèvre, ici à droite présenté par Daniel Kunth (à gauche) organisateur de ce cycle de conférences.
 
Olivier est un spécialiste de la cosmologie observationnelle, il a très tôt construit son premier télescope et décide aussi très tôt de faire de l'astronomie son métier.
Thèse à Meudon avec G Mathez (sur les amas de galaxies lointaines) puis part en coopération à……Hawaï!
Il reste 8 ans (le veinard!) et participe alors au CFRS (Canada France Redshift Survey). Puis retour vers……….le VLT de l'ESO au chili.
 
En 1997 il est Directeur du LAM.
Voir sa bio sur Futura Sciences.
 
 
 
Il nous parle aujourd'hui des grands sondages de l'Univers, c'est à dire de ces études (survey en anglais) qui permettent d'englober une grande partie de l'Univers observable.
 
Ces sondages sont une machine à remonter le temps, en fait, et nous aident à parcourir le livre d'histoire de l'Univers.
 
 
POURQUOI CES SONDAGES DE L'UNIVERS.
 
On veut comprendre comment les galaxies se forment et comment la matière est distribuée.
On veut établir les propriétés de l'Univers à différentes époques (à différents z; z étant le facteur de redshift qui est une mesure de la distance des galaxies étudiées, on arrive d'ailleurs à "découper" les différentes strates de l'histoire cosmique).
La technique utilisée fait appel à l'imagerie et à la spectrographie et………….aux techniques de sondages statistiques qui permettent ainsi d'échantillonner l'Univers.
 
Les ingrédients d'un bon sondage :
 
·        Définir les objectifs scientifiques. (types de galaxies, redshift…)
·        Construire un instrument (télescope par exemple)
·        Simuler les observations à l'aide d'un modèle
·        Définir une stratégie observationnelle (profondeur, champ..)
·        Conduire les observations
·        Traiter les données
·        Analyser les catalogues existants
·        Confronter aux modèles
 
 
Concernant l'Univers, le cadre en est connu, en principe :
13,7 milliards d'années, le modèle du Big Bang en est le cadre principal.
Les paramètres cosmologiques semblent déterminées correctement.
Mais quand même deux paramètres relativement inconnus : 23% de matière noire et 72% d'énergie noire, le reste (5%) c'est nous et les étoiles.
 
On pense que les premières étoiles se sont créées quelques centaines de millions d'années après le BB.
 
 
Et les premières galaxies approximativement 1 milliard d'années après le BB.
 
Notre système solaire étant lui relativement récent : il serait vieux de quelques 4,5 milliards d'années.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Il existe des reliques de ce Big Bang, c'est le bruit de fond cosmologique (CMB) qui rayonne uniformément (ou presque) dans les micro ondes avec une température "équivalente" de 2,7K.
 
Les (toutes petites) variations de température sont en fait les germes des futures galaxies.
Ils vont créer des filaments qui vont donner naissance aux grandes structures.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Après ces 13,7 milliards d'années, ces germes arrivent à maturité et on peut observer leurs distributions dans des sondages comme ceux du 2dFGRS (2 degree field galaxy redshift survey) comme par exemple sur cette superbe image (à gauche en résolution réduite) où chaque point bleu correspond à une galaxie.
 
Le présent correspond à l'intersection des quarts de cercle au milieu de l'image. L'extrémité des cercles correspond approximativement à 3 milliards d'années.
 
 
 
 
 
 
 
Ce genre d'étude permet aussi en conjonction avec des simulations sur super ordinateurs, de prédire l'évolution de l'Univers.
 
En jouant sur les ingrédients on obtient différentes prédictions.
(rappel : z=0 = temps présent)
 
On voit sur cet extrait l'influence des grandes structures sur l'évolution des galaxies au cours du temps (de z=3 à z=0).
La matière sombre attire les galaxies (en bleu z=3).
Celles ci deviennent de plus en plus rouge aux endroits les plus denses (z=2).
Les rencontres entre galaxies jouent un rôle important.
 
Évolution rapide de l'ensemble.
 
 
 
 
 
Voici aussi par exemple une simulation, la simulation Millenium de nos amis du MPA (Max Planck Institute for Astrophysics) en Allemagne, elle est disponible par exemple en avi de 13,4MB à voir ou à télécharger. 10 milliards de particules sont entrées dans cette simulation!
 
 
 
LES OBSERVATIONS.
 
 
Ces observations nous permettent de "remonter" le temps et d'observer des galaxies très faiblement lumineuses.
 
De plus afin de se faire une bonne idée des évolution il faut observer un très gros volume d'univers et donc un nombre important de galaxies afin d'avoir un échantillon représentatif de la population.
 
Les observations en cours sont par exemple : au CFHT avec la Mégacam (1° du ciel) c'est le CFHT-LS dans le visible et le WIRCAM et VISTA en IR
 
 
On mesure la position, la luminosité, la couleur et la forme des objets lointains.
Mais pour trouver la distance, il faut analyser la lumière au spectromètre.
 
On est loin du temps où Hubble trouvait le décalage vers le rouge dans ses spectres, maintenant on développe des techniques multi objets.
 
On sélectionne les galaxies candidats on disperse la lumière et on compare avec les raies du laboratoire.
 
 
 
 
 
LES SONDAGES EN COURS.
 
         LE SONDAGE 2dFGRS :
 
Cela veut dire : 2 degree Field Galaxy Redshift Survey , on en a déjà parlé plus haut. Littéralement : sondage sur 2 degrés de ciel pour des décalages vers le rouge des galaxies, mais beaucoup plus explicite et concis en anglais.
 
Concerne 250.000 redshifts et piloté par l'Australie principalement.
Avec le télescope AAT équipé de 400 fibres (une par galaxie).
 
 
         LE SONDAGE SDSS :
 
Le Sloan Digital Sky Survey est lui piloté par les Américains.
Il étudie 1 million de redshifts  à l'aide d'un télescope dédié de 2,5m équipé de 600 fibres individuelles.
 
Voir la carte de l'Univers en 3D du SDSS chez Ciel des Hommes.
 
 
         LE SONDAGE VVDS :
 
Le VVDS c'est le VIMOS (VIsible imaging Multi-Object Spectrograph) VLT Deep Survey.
 
 
 
En cours sur le VLT de l'ESO au Chili au foyer du UT-3. c'est un projet franco-italien.
On visualise des galaxies plus distantes et en une seule pose on peut accéder à la distance de 1000 galaxies.
 
On voit jusqu'à 8 milliards d'années.
 
 
Voici le genre d'informations obtenues avec un tel système.
 
 
 
Le sondage VVDS a aussi deux autres variantes : la VVDS profond qui permet de voir jusqu'à 12 milliards d'années et le VVDS ultra profond qui lui peut atteindre 13 milliards d'années.
 
 
 
La conclusion de tous ses sondages : quelques soit l'époque à laquelle on s'intéresse, l'Univers est plein de galaxies; avec une remarque intéressante : au delà de z= 2,5, le VVDS a trouvé 2 à 3 fois plus de galaxies que dans les recensements précédents.
Il semble que l'Univers ait été plus efficace dans le passé que ce que l'on pensait.
 
 
 
 
LES OUTILS DU FUTUR.
 
·        Le JWST (James Webb Space Telescope) d'un diamètre de 6,5m il verra dans l'IR (0,6 à 30µ)
il permettra de voir l'Univers à très grande distance jusqu'à z>10, peut être même la ré-ionisation.
·        Le projet SPACE, d'un télescope de 1,5m en IR avec un grand champ qui cartographierait tout le ciel jusqu'à z=10 et mesurerait l'énergie noire. On devrait pouvoir atteindre 500 millions de redshifts de galaxies!
·        ALMA : 64 antennes de radio télescopes situées à 5200m d'altitude. Doit percer les cocons gazeux des galaxies primordiales et des systèmes stellaires en formation.
·        L'ELT, le nouveau futur télescope européen de 42m de diamètre devrait être actif dans le visible et le proche IR.
 
 
 
CONCLUSION.
 
Les grands sondages sont un outil unique pour retracer l'histoire de l'Univers.
 
L'exploration systématique est en cours.
 
Les moyens futurs sont très encourageants.
 
 
 
 
Merci Olivier, quel voyage fabuleux dans le temps et dans l'espace.
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
 
La répartition des galaxies : elle a évolué au cours du temps  article tiré des astronews.
Avec une carte de la distribution des galaxies au cours du temps.
 
L'univers sombre traqué par les effets de lentille gravitationnelle cosmologique
http://www.planetastronomy.com/special/2005-special/saf-mellier-gravit-nov2005.htm
 
Un nouveau type de lentille gravitationnelle : au CFHT d'Hawaï
http://www.planetastronomy.com/astronews/astrn-2007/01/astronews-net-03jan07.htm#CFHT
 
Les grandes structures de l'Univers par F Combes
http://aramis.obspm.fr/~combes/Astro04/LSS.html
 
Les trous noirs : la clé de l’évolution de l’univers ?
http://www.planetastronomy.com/astronews/astrn-2007/17/astronews-net-19jul07.htm#BLACK_HOLES
La prochaine génération de sondages profonds  par O Le Fèvre en pdf.
 
Article de Futura Sciences sur le baby boom cosmique :
 
Les grands relevés spectroscopiques de galaxies  par Laurence Tresse de l'OAMP , assez technique.
 
Simuler la structure de l'Univers, article du Dapnia (CEA).
 
L'Univers dans un super calculateur , article du Dapnia (CEA).
 
De superbes simulations d'élaboration de galaxies par le CEA, dont la simulation Horizon.
 
Comment connaître ou reconstruire l´histoire de l’Univers par l'IAP.
 
 
 
 
C'est tout pour aujourd'hui!
 
Bon ciel à tous
 
Jean Pierre Martin
http://www.planetastronomy.com/