chalonge colloe cosmo 27 jul 2012



Mise à jour le 31 Juillet 2012
The 16th Paris Cosmolgy Colloquium 2012
École International Daniel Chalonge
OPEN SESSION
Le 27 Juillet 2012 Salle Cassini Observatoire de Paris


Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement ; toutes les photos ont été envoyées à l’École et sont à votre disposition).
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.
Les présentations originales sont disponibles sur le site de l’école, je le signalerai à chaque fois.

Colloque organisé régulièrement par Norma Sanchez, Directrice de l'École Internationale d'Astrophysique "Daniel Chalonge", ce colloque est réservé aux spécialistes, mais le dernier jour, le public « averti » peut y assister. Et le programme cette année est assez exceptionnel, puisqu’il réunit en un même lieu 3 Prix Nobel de Physique, seule Norma Sanchez était capable d’un tel exploit !

Ces trois scientifiques ont changé notre vision de l’Univers !


· John C. MATHER Chalonge Medal, Nobel prize of Physics (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD, USA) The beginnings of everything…The James Webb Space Telescope

· George F. SMOOT III Chalonge Medal, Nobel prize of Physics (BCCP LBL Berkeley, IEU Seoul, Univ Paris Diderot, USA) Early Light from GRB, Probe of the dawn of Universe News from UFFO Pathfinder: Science and Launch

· Brian P. SCHMIDT Nobel prize of Physics (Research School Astron. & Astroph. Australian Nat Univ, Weston Creek, Australia) Discovery of the Accelerated Expansion of the Universe

· Michel Ange TOGNINI Brigadier General, French Air Force,Astronaut, Commandeur de la Légion d’honneur, France Profession Astronaut

Ci après compte rendus succincts de ces présentations et de la remise de médaille.








De gauche à droite : Brian Schmidt ; John Mather et Mrs Mather, Norma Sanchez, George Smoot, Hector de Vega.


Un rappel sur l’école Daniel Chalonge :


Daniel Chalonge était un astronome et astrophysicien français, né en 1895 ; il participa à la fondation de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) .

C’était un précurseur en astrophysique, il mit au point de nombreux instruments.

Il meurt en 1977.

L’école d’astrophysique porte son nom en son honneur.







JOHN MATHER : The beginnings of everything, from BB to planets; progress of the JWST.




John Mather est le scientifique principal de la mission JWST (James Webb Space Telescope), il dépend du célèbre centre Goddard, le GSFC.

C’est un spécialiste de la cosmologie et il a reçu avec son collègue G Smoot, le prix Nobel de Physique en 2006 pour sa contribution à l’étude du bruit de fond cosmologique (CMB) grâce aux mesures du satellite COBE.


Il nous explique comment le prochain télescope spatial, le JWST pourra nous permettre de résoudre de nombreux problèmes astrophysiques qui sont en suspens.


Quelques questions fondamentales de nature cosmologique.	Ce que pourra solutionner JWST.



Quelques caractéristiques du JWST :


Voici une vue du télescope spatial James Webb, on reconnaît dans la partie supérieure le miroir primaire constitué de 18 miroirs hexagonaux (3 groupes de 6 miroirs) et le miroir secondaire.
L'ensemble constituant le télescope (OTE = Optical Telescope Element) qui fonctionne dans l’IR.
Il fait 6,5m de diamètre (2,4m pour Hubble).
Derrière le miroir primaire se trouve la baie d'instruments (ISIM =Integrated Science Instruments Module) la partie inférieure contient les protections solaires (sunshield) qui sont 5 membranes fines de polyester chargées de garder le reste du télescope à des basses températures.
Le côté Soleil et Terre se trouve bien entendu du côté opposé aux miroirs, donc vers la partie inférieure de l'image. Ces écrans servent donc bien à protéger le télescope et ses précieux instruments de la chaleur solaire ;






Le miroir primaire et les protections solaires sont de très loin supérieurs à ce que la coiffe d'une fusée peut contenir aussi un système astucieux de pliage a été mis au point afin qu'un déploiement sans problème dans l'espace se produise.

Il sera lancé en 2018 par une Ariane 5 de Kourou, et placé au point L2 du système Terre-Soleil.
Pourquoi si loin ? (rendant pour le moment toute réparation impossible). Pour des questions thermiques ; plus près il nécessiterait un système cryogénique de refroidissement plus poussé que celui prévu, qui est une refroidissement passif.

Durée de vie prévu : 5 à 10 ans, due à la consommation d’ergol toutes les 3 semaines pour maintenir l’orbite.


Son instrumentation :


La NASA fournira un instrument de grande importance, la caméra dans le proche infrarouge (NIRCam), par l’intermédiaire de l’Université de l’Arizona.

L’ESA fournira le spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec), qui fonctionnera dans des longueurs d’onde similaires et dont les détecteurs et l’ensemble de micro-volets seront fournis par la NASA.

Le troisième instrument embarqué – l’instrument dans l’infrarouge moyen (MIRI) – est fourni par un consortium d’organismes européens financés sur des fonds publics et par la NASA, la coordination étant assurée par l’ESA.

Le quatrième instrument embarqué, à savoir le détecteur de guidage de précision/caméra à filtre accordable (FGS/NIRISS), sera fourni par les Canadiens de l’ASC.




Puis il nous montre une vidéo expliquant le déploiement des panneaux et du télescope que voici :






Voici un film plus général d’introduction au JWST :









La qualité des instruments de ce nouveau télescope devrait permettre d’atteindre les limites de ce que l’on appelle, les âges sombres (dark ages) et de voir les premières lumière de la ré-ionisation.

En effet, ces améliorations proviennent principalement de :
· La taille du miroir : 6,5m par rapport au 2,4m de Hubble
· Moins de lumière parasite à cause de la position très éloignée de la Terre
· La résolution et la qualité des images entièrement améliorées avec de nouveaux instruments.




On espère aussi voir comment l’environnement interstellaire affecte la formation des étoiles, et détecter des exoplanètes.


Ici, on indique les mesures auxquelles on peut procéder lors de transits de planètes extra solaires ; on accède même aux informations sur l’atmosphère avec le transit secondaire (lorsque la planète passe derrière son étoile).










On souhaite un bon départ pour le JWST sans retard supplémentaire….


Présentation de John Mather en pdf : http://www.chalonge.obspm.fr/Paris12_Mather.pdf

POUR ALLER PLUS LOIN :


Defending the James Webb Space Telescope: Q&A With John Mather

L’actualité du JWST sur votre site préféré.

Le télescope spatial de nouvelle génération, article de la revue l’Astronomie de Juillet 2008.

The dark ages of the Universe, article de Scientific American.

Finding the first galaxies de Sky and Telescope par Jonathan Gardner.

The JWST par J Gardner et J Mather, document très complet sur ce que ce télescope est susceptible d’apporter en amélioration.

Jonathan Gardner : Sur Hubble, et le JWST, l'astronomie depuis l'espace UNESCO 16 Janv. 2009








GEORGE SMOOT : Early Light from GRB, Probe of the dawn of Universe.




George Smoot, est aussi un cosmologiste américain et a obtenu avec son collègue J Mather, le prix Nobel de Physique en 2006 pour sa contribution à l’étude du bruit de fond cosmologique (CMB) grâce aux mesures du satellite COBE.


George Smoot est de Berkeley (Californie) il est aussi professeur à l’Université Paris 7 Diderot, à l’Ewha University à Séoul, et à l’Université d’État de Moscou.

Il nous parle maintenant des sursauts gamma (GRB en anglais) et de leur détection.





Rappelons que les sursauts gamma, sont les évènements les plus violents de l'Univers depuis le Big Bang, ce sont des "flash" de rayonnements gamma (comme la lumière mais en beaucoup plus énergétique) qui durent un très court instant (de 0,1 à quelques centaines de sec) et sont produits dans des galaxies très distantes.

C'est pour améliorer notre connaissances de ces GRB que la NASA a lancé en 2004 un satellite entièrement dédié à leur étude, le satellite Swift (rebaptisé Fermi).
Il s'appelle SWIFT , ce qui veut dire rapide, vif, véloce ou agile en anglais, c'est aussi le nom d'un genre d'hirondelle, le martinet. En effet il doit RAPIDEMENT signaler aux stations terrestres la détection d'un sursaut et sa position afin qu'elles prennent le relais.


À ce jour (en fait Avril 2010), le satellite Swift (Fermi), a découvert plus de 500 GRB dans tous les coins du ciel, comme on le voit sur cette vidéo.


Il existe deux types de sursauts gamma : les courts et les longs comme on le voit sur ce graphique.	La génération des GRB longs et courts.



On a détecté le GRB le plus loin : il est à z= 8,2 c’est le GRB090423. on pense pouvoir atteindre bientôt z=12.

Si les explosions gamma sont très courtes, leurs rémanences (afterglow) peut durer des semaines.

Les GRB longs sont associés à la mort d’étoiles massives en Super Novæ.

Des étoiles à neutrons qui fusionnent peuvent aussi donner naissance à des GRB puissants dont les jets sont très dangereux.
On pense même que certaines extinctions d’espèces pourraient être dues à ces jets de GRB.

L’origine des GRB courts reste encore inconnue, ils se forment généralement loin des galaxies, ils pourraient correspondre à des étoiles à neutrons mortes ou à des trous noirs ; ou à la coalescence d’objets compacts.
Ils pourraient donner naissance à des ondes gravitationnelles que l’on détecterait avec de nouveaux instruments.

Il semblerait qu’il ait aussi une catégorie de sursauts « très courts », et que l’on se pose la question de savoir si ils ne proviendrait pas de trous noirs primordiaux.

Un nouveau projet de satellite d’étude des GRB est en train de voir le jour, c’est le projet UFFO pour Ultra Fast Flash Observatory.
Il devrait être embarqué sur la sonde russe Lomonosov.
Il a pour but de détecter encore plus rapidement les sursauts gamma.


UFFO Pathfinder à bord du Lomonosov	Les masques utilisés pour détecter la direction des GRB



Lancement prévu : Juin 2013.



Un autre centre d’intérêt se présente à nous : les oscillations acoustiques de baryons (en anglais BAO : Baryonic Acoustic Oscillations) correspondent au fait que l’on étudie la propagation d’ondes acoustiques dans le plasma primordial.
On devrait détecter une empreinte dans le structure de l’Univers primordial.
C’est le but du projet BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) et BigBOSS de Kitt Peak.



Cette méthode d’étude des BAO semble très intéressante pour étudier l’Univers primitif, et nature de l’énergie sombre.






















Présentation de G Smoot en pdf : http://www.chalonge.obspm.fr/Paris12_Smoot.pdf


POUR ALLER PLUS LOIN :


Le design de l'Univers par G Smoot

Les GRB outils de la cosmologie : CR de la conf.de R Mochkovitch à la SAF du 8 Mai 2010

Sursauts Gamma : Ils aident à déterminer la composition de galaxies primitives

Les GRB par nos amis Italiens, bien expliqué.

Les sursauts gamma, couteau suisse cosmologique par l’OAMP.

The UFFO (Ultra-Fast Flash Observatory) Pathfinder, article descriptif complet

A new space mission Ultra-Fast Flash Observatory (UFFO) for observation of prompt photons from GRBs par I.L. Park (Seoul), belle presentation pdf sur le sujet.

Un site dédié aux trous noirs.

Dossier sur ce site sur les GRB et les SN.








BRIAN SCHMIDT : The accelerating Universe.


Brian Schmidt est Australien, il est astronome à la Research School of Astronomy and Astrophysics at the Australian National University et a reçu avec ses collègues Saul Perlmuter et Adam Riess le prix Nobel de Physique 2010 pour la découverte de l’accélération de l’expansion de l’Univers.

Son collègue Saul Perlmutter est d’ailleurs venu récemment à Paris nous parler aussi de cette découverte, nous en avons parlé dans ces colonnes.


Brian va nous conter cette aventure de son côté à lui.










Il commence par un rappel de la cosmologie moderne en quelques dates :

· En 1915 Einstein publie un ouvrage sur la Relativité Générale (RG)
· En 1916 De Sitter conçoit le premier modèle pour un Univers vide et Slipher remarque le décalage vers le rouge des galaxies
· En 1917 Einstein réalise que « son » Univers est en expansion d’après ses formules, il rajoute un terme (la fameuse constante cosmologique) pour le rendre statique, comme on l’envisageait à l’époque.
· En 1922 Friedmann trouve une solution pour un Univers homogène et isotrope
· En 1923 Hubble démontre que les galaxies sont effectivement en dehors de la Voie Lactée
· En 1927 Lemaître définit son atome original, premier pas vers le Big Bang, Einstein est sceptique
· En 1929 Hubble montre que l’Univers est en expansion.
· Donc vers les années 1930, le paradigme de la formation de l’Univers homogène et isotrope est en place, la RG est acceptée
· Les années 1950 apportent des précisions sur les distances réelles et sur les âges des objets lointains.
· Les années 1970-1980 apportent de nouvelles informations, grâce à la mise en évidence du CMB, du processus d’inflation et de la matière noire située autour des galaxies, un modèle d’Univers baptisé CDM pour Cold Dark Matter est développé
· Les années 1990 indiquent un certain conflit entre ce modèle et ce qui est observé………….



On avait donc le choix entre deux possibilités :

Les théoriciens	Les observateurs
L’inflation et le modèle CDM sont correct Densité de l’Univers = 1 H0 = 50 km/s/Mpc Les observateurs se trompent	L’inflation et le modèle CDM sont faux Densité de l’Univers = 0,2 H0 = 50 – 80 km/s/Mpc



Pour lever les doutes, à partir de 1993 les astronomes veulent mesurer exactement les distances d’objets lointains, notamment les chandelles standard que sont les Super Novæ Ia (SNIa)




Deux équipes principalement, entrent en concurrence : celle de Saul Perlmutter (c’est le Super Nova Cosmology Project) Adam Riess a participé aussi à ces recherches et celle de Brian Schmidt (c’est le projet High z SN searchTeam).


Photo : Brian et Saul simulant un combat de boxe !

Ils ont gagné tous les deux !!







Les premières publications arrivent avec la High z team, concernant la SN 1995 K


Tout semble aller dans une direction : les SN lointaines ne sont pas à leur place, elles « paraissent » plus éloignées, en fait c’est l’expansion de l’Univers qui s’accélère !!



Adam Riess se joint à l’équipe et confirme cette accélération comme on le voit sur la slide ci-contre.


Cela serait dû à une certaine « énergie noire » qui s’opposerait à l’action de la gravité.









A Brief History of Dark Energy and the Accelerating Universe en vidéo par Adam Riess à l’Université Johns Hopkins. (1 heure)










On a porté sur un même graphique : en abscisse la densité de matière normale et en ordonnée la constante cosmologique (densité d’énergie noire).
Si Omega est égal à 1, il y a juste assez de matière pour rendre l’Univers plat.

En contraignant les paramètres de ce diagramme, c’est à dire en déterminant les densités par différentes méthodes, on voit que les différentes courbes se croisent approximativement pour

Densité matière = 0,2 densité énergie noire = 0,8 (pourcentages de la valeur critique 1)

La somme est bien logiquement 1.

Les dernières mesures donnent plus précisément 0,25 et 0,75.









Le Prix Nobel est à la clé….


Brian Schmidt à Stockholm au bras d’une princesse suédoise.










Au début du XXIème siècle, c’est l’avènement des BAO (oscillations acoustiques de baryons) qui sont des « rides » dans le bruit de fond cosmologique.


En conclusion, Brian Schmidt, nous indique que toutes ses mesures montrent que si l’Univers est bien homogène et isotrope, alors, il accélère.

Il faudra maintenant définir ce qu’est cette énergie noire, cause de cette accélération, et en guise de conclusion, il nous donne à réfléchir sur les différentes possibilités (voir à gauche) !

L’astronomie est plein de mystères….et comme dit Brian : The future of the Univserse seems to be Dark Energy !

Que les relevés d’objets lointains continuent !

Les informations de Planck sont attendues avec impatience.




Présentation de B Schmidt en pdf : http://www.chalonge.obspm.fr/Paris12_Schmidt.pdf



POUR ALLER PLUS LOIN :

International Astronomer Team Witnesses Very Ancient Stellar Explosion par l’ESO.

Measuring the Universe par B Schmidt.

Dark matter and Dark energy par H. Murayama, simple et clair

The concordance model by J Ostriker.

La concordance cosmique par l’Observatoire de Paris.






MICHEL TOGNINI Profession : Astronaute.



Pilote de chasse, pilote d’essai, il est Général de brigade aérienne ; mais bien entendu Michel Tognini est aussi un de nos plus vaillants astronautes français.

Il a participé à deux missions spatiales :

· Mission Antarès à bord de MIR en juillet 1992 (cela fait exactement 20 ans comme il nous le fait remarquer)
· Mission STS 93 en juillet 1999, où il peut comparer les méthodes russes et américaines.


Il nous propose quelques impressions et photos de ses diverses aventures.









Juillet 1992 après un entraînement intensif à la Cité des Étoiles près de Moscou, départ à bord de la célèbre fusée Soyuz pour un séjour d’une quinzaine de jour à bord de la Station russe MIR.
Ce sera la mission Antarès.


Il faudra qu’il attende 7 ans pour retourner dans l’espace, cette fois-ci à bord d’une navette (Columbia) et vers l’ISS.
C’est la mission STS 93 avec aussi à bord le télescope spatial Spitzer.


À bord de MIR	À bord de STS 93.



Voir sa présentation, où de nombreuses photos de la Terre sont prises de l’ISS.


Présentation de M Tognini en pdf : http://www.chalonge.obspm.fr/Paris12_Tognini.pdf



POUR ALLER PLUS LOIN :


Les missions MIR dans les années 1992-1993 chez Capcomespace.

Toutes les missions navette et ISS de la NASA.

La mission STS 93 à la NASA.









REMISE DE LA MÉDAILLE DANIEL CHALONGE 2012.


Liste des médaillés précédents	Norma Sanchez remet la médaille 2012 à Brian Schmidt.




Cette médaille (voir photo en tête du compte rendu) est frappée par la Monnaie de Paris, à l’attention de l’École Daniel Chalonge.







Et comme en France tout se termine soit par des chansons, soit par un buffet, la deuxième solution a été choisie, et ce fut grandiose.














Bon ciel à tous

Jean Pierre Martin SAF Président de la Commission de Cosmologie
www.planetastronomy.com
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