Mise à jour le 28 Mai 2018
CONFÉRENCE VEGA d’Olivier LAURENT,
Astrophysicien membre de Vega
Organisée par l'Association d'Astronomie VEGA et la Mairie de Plaisir
Au théâtre Robert Manuel (Château de Plaisir)
« LE BIG BANG : NAISSANCE ET ÉVOLUTION DE NOTRE UNIVERS !»
Le Samedi 19 Mai 2018 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 si nécessaire
La présentation (avec toutes les vidéos) est disponible sur
ma liaison ftp , rentrer le mot de passe puis CONFÉRENCES VEGA ensuite
SAISON 2017/2018 ; elle s’appelle : Le Big Bang -
Naissance et évolution de notre Univers.pdf.
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
La vidéo sera disponible dans quelques jours à :
BREF COMPTE RENDU
Alain Guernon (à gauche) secrétaire de l’association Vega à côté
de notre conférencier Olivier Laurent.
Le sujet de ce soir veut faire la lumière sur l’origine ou les
origines de notre Univers.
Origine qui aurait commencé par ce que l’on a baptisé, Big Bang.
La présentation étant à la disposition de ceux que cela
intéresse, et les slides étant particulièrement claires, mon CR sera bref.
Après une petite introduction sur la vision de notre Univers au
travers des siècles, Olivier nous parle d’Einstein et de sa (ses) théories de la
relativité (restreinte et générale).
Il nous présente alors l’équation de la Relativité Générale,
équation qui en principe comme moi je le dis souvent, met notre Univers en
équation !
La partie gauche de l’équation représente la géométrie de
l’espace-temps ; la partie droite la matière-énergie.
Cette équation lie la géométrie de l'espace-temps à la
répartition de matière et d'énergie.
R est le tenseur de Ricci qui caractérise la courbure
spatio-temporelle. T est le tenseur énergie-matière.
Ces équations sont valables dans tout l’Univers.
Les équations d’Einstein correspondent à l’espace-temps à 4
dimensions.
La
matière dit à l’espace-temps comment il doit se courber, et l’espace-temps dit à
la matière comment elle doit bouger.
L’équation d’Einstein donne la géométrie de l’espace-temps en
fonction du contenu de l’univers
L’Univers d’Einstein (et de beaucoup d’autres) obéit au principe
cosmologique : il est homogène (le même de tous les endroits) et isotrope (le
même dans toutes les directions).
Einstein pensait l’univers statique et ajoutait une constate «
cosmologique lambda (côté gauche de l’équation) qui contrebalançait les
attractions gravitationnelles et rendait l’Univers comme on le pensait à
l’époque, statique.
Mais d’autres comme W De Sitter ou A. Friedmann pense l’Univers
en expansion. Ils ont raison !
L’abbé G Lemaitre met tout le monde d’accord, il prouve que
l’Univers est bien en expansion un peu avant la confirmation par E Hubble en
1929, qui montre cette expansion en remarquant que les galaxies s’éloignent de
nous de plus en plus vite.
En effet c’est en 1927 que Lemaitre publie (en français, donc non
lu par la communauté scientifique) et parle d’un Univers croissant. Il introduit
même la notion de ce que l’on va appeler la loi de Hubble : v = H d
V= vitesse de récession des galaxies H = constante (de Hubble) et
d = distance.
Plus tard il parle d’atome primitif si on remonte le cours de
cette expansion, l’Univers à l’origine était très chaud et très petit : une
sorte « d’atome primitif ».
Il faut bien voir que l’Univers en expansion est une vraie
révolution de pensée.
En fait
c’est le tissu même de l’espace qui enfle.
Chacun a l’impression d’être au centre de l’Univers. L’Univers
grandit de l’intérieur !
Analogie : pièces de monnaie collées sur un ballon que l’on
gonfle.
La dernière partie de cette slide est importante :
La
constante de Hubble n’est pas constante dans le temps (mais constante dans
l’espace à un temps donné) et diminue avec le temps dans un univers à expansion
constante.
Le temps
d’expansion depuis t=0 est égal à l’inverse de la constante de Hubble = 1/H
H nous donne l’opportunité d’évaluer l’âge de notre Univers.
La valeur de H a été très controversé au cours des différentes
mesures, on est actuellement d’accord pour une valeur de :
H = 71 km/s/Mpc
71 km/s par Méga Parsec (1 Mpc = 3,26 millions d’années-lumière)
Temps
Univers : 1/H = approx 13,8 Gal (milliards d’al).
On peut passer cette partie-là en première lecture (jusqu’après
l’équation de Friedmann).
La notion de distance doit maintenant intervenir, si dans un Univers
euclidien sans influence du temps les distances sont données par le théorème
de Pythagore généralisé à 3 ou 4 dimensions.
Dans un espace-temps tel qu’envisagé par Einstein et ses collègues, c’est
une notion plus générale, une
métrique qui
décrit cet espace-temps. Elle s’appelle métrique de FLRW du nom de ses
inventeurs : Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, et s’applique à un univers
isotrope et homogène.
C’est l’outil nécessaire pour décrire le Big Bang.
Elle peut s’écrire en coordonnées sphériques où l’élément de longueur est
ds.
Facteur d’échelle : En cosmologie, le facteur d'échelle mesure la façon dont
la distance entre deux objets, en pratique prise entre deux objets célestes
distants, varie avec le temps du fait de l'expansion de l'Univers. Le
concept est utilisé quand on considère un modèle cosmologique satisfaisant
au principe cosmologique c’est-à-dire homogène et isotrope.
Plus précisément si on appelle a(t) ce facteur d'échelle (où t correspond au
temps cosmique, c'est-à-dire au temps ordinaire, appelé temps propre, mesuré
par un observateur suivant le mouvement général d'expansion) et qu'à un
instant t0 la distance physique entre deux objets (dont les
coordonnées comobiles sont supposées fixes) L0, alors à tout
autre instant t la distance physique entre ces deux mêmes objets sera donnée
par : L(t) / L0
= a(t) / a(t0) (Wikipedia)
Les coordonnées comobiles sont des coordonnées entraînées avec l’expansion
de l’Univers.
L’évolution du facteur d’échelle permet de relier le taux d’expansion (H) à
la courbure de l’Univers (K), la densité d’énergie rho de l’univers et la
pression (l’Univers est considéré comme un fluide).
Cette équation prédit que l’Univers peut être en contraction ou en expansion
!
Le
destin de l’Univers est lié à sa forme.
Une autre preuve du Big Bang :
la nucléosynthèse
primordiale.
En effet les abondances des éléments légers quelques instants
après le Big Bang sont conformes à la théorie,
Les lois de la physique (Eq de Boltzmann) déterminent les
quantités et au bout de 3 minutes d'âge on a le rapport définitif:
Nn/Np
= 0,15
IL Y A 7 FOIS PLUS DE PROTONS QUE DE NEUTRONS DANS L’UNIVERS
Ce qui veut dire ramené en masse d’Hélium : ABONDANCE DE L’HÉLIUM
: 25% (1/4 de l’Univers est de l’Hélium) et 10% en atomes
LE RESTE = HYDROGÈNE
Ce facteur ne vas plus beaucoup évoluer au cours du temps,
l’Hélium est le marqueur du Big Bang!
Car contrairement à ce que l’on pense, les étoiles contribuent
très peu à produire de l’He par fusion de H (réaction trop lente !)
H et He ne peuvent pas être produit dans les étoiles (ils sont
détruits pour former des éléments plus lourds par fusion), et la force du modèle
du BB est la prédiction de la production de ces atomes H et He au début de
l’Univers quelques minutes après le BB, là où la température était extrêmement
élevée permettant ainsi leur production.
La découverte en 1965 par Wilson et Penzias du
rayonnement fossile
(le CMB qui baigne tout l’Univers) et prédit par Gamov va être encore une
confirmation de ce Big Bang. Ce rayonnement homogène à 10-5 près est
le reste de la première lumière qui s’est produite vers les 380.000 ans après le
BB. Avec l’expansion de l’Univers ce rayonnement qui était de 3000 K se trouve
maintenant dans le domaine microondes à 2,7 K. C’est ce que mesure les
satellites comme WMAP, ou
Planck.
Cette température très constante de l’Univers, pose un problème :
comment est-ce possible ??
Il se trouve que COBE, WMAP et Planck, les satellites spécialisés
dans la mesure du bruit de fond, ont trouvé
l'Univers TROP UNIFORME,
quel que soit la direction d’observation.
Comment des régions du ciel si distantes entre elles,
peuvent-elles avoir la même température, car au moment de l'émission elles
étaient, d'après la théorie du BB trop éloignées les unes des autres.
Il est impossible que toutes ces régions aient eu le temps de
s'homogénéiser, surtout les plus éloignées.
Car les informations ne peuvent pas aller plus vite que la
lumière
On a trouvé une explication possible :
l’inflation.
Avant que l’inflation ne se produise, les différentes régions du ciel ont eu le
temps d'interagir, elles ne se sont éloignées qu'après.
C’est
donc pour cette raison, qu’on (Alan Guth, à gauche et Andrei Linde) a introduit
le phénomène d’inflation.
Une expansion ÉNORME de l’Univers se produit entre 10-35
et 10-32 s.
L’espace se dilate plus vite que la vitesse de la lumière, c’est
la période d’inflation En quelques instants il grossit d’un facteur 1050
il devient de la taille …d’une orange! Cette inflation a aussi rendu
l’Univers….plat
Tout est venu de l’étude du fond diffus cosmologique (CMB) qui
posait de nombreux problèmes.
Crédit Photo : Camille M. Carlisle / Sky & Telescope
Depuis les années 1990, un autre phénomène s’est introduit en
cosmologie, en voulant démontrer que l’Univers allait peut être à cause de la
gravitation se recontracter, on a prouvé….le contraire ! L’énergie sombre était
née.
L’Univers est en
expansion accélérée
(Perlmutter, Schmidt et Riess =
Prix
Nobel) probablement perpétuelle
Dans l’histoire de l’Univers on peut distinguer différentes
phases correspondant à différentes époques.
Le destin de l’Univers va dépendre en fait de l’évolution de
cette énergie sombre.
Si l’énergie sombre augmente : univers ouvert Big Rip
Si elle reste constante : Big Chill, on meurt de froid, univers
plat
Si l’énergie sombre diminue, effondrement : Big Crunch.
Représentation de
l’évolution de l’Univers depuis le BB.
On introduit aussi la notion de
matière noire,
matière invisible nécessaire à la formation des galaxies et que l’on ne peut pas
détecter pour le moment. Sa nature est inconnue, mais on sait qu’elle doit
exister. Ce serait de la matière non baryonique (c’est-à-dire pas comme nous ou
les étoiles) et qui interagit très très peu avec son environnement.
La mise au jour des particules la composant est une des questions
les plus fondamentales de la physique actuelle.
Bref une fois dit tout cela, on commence à comprendre la
composition en masse/énergie de l’Univers ; c’est très frustrant, nous (les
hommes, les microbes, les étoiles) ne représentons pas plus de 5% de cette
composition, le reste nous est inconnu pour le moment.
Les astrophysiciens ont du travail devant eux !!!
POUR ALLER PLUS LOIN :
JC Hamilton est Dr de recherche au CNRS (IN2P3), il travaille au
laboratoire d’Astro Particules et Cosmologie (APC) de Paris-7 ; il donne des
cours de cosmologie moderne, que je vous conseille de consulter absolument.
· Partie
1
· Partie
2
· Partie
3
· Partie
4
Colloque Cosmologie : CR du colloque à l’Institut avec de nombreux
intervenants du 11 Oct 2016
Relativité et Cosmologie : CR de la conf SAF de JP Uzan du 10 Mai 2017
RG et MQ impossible mariage ? : CR de la conf IAP de G Cohen-Tannoudji du 6
Février 2018
L’Univers Invisible : CR de la conf IAP de D Elbaz du 3 Janvier 2017
La nucléosynthèse primordiale et la naissance des atomes
La nucléosynthèse primordiale : une fenêtre sur la physique des premières
minutes de l’Univers par le CNRS
Relativité générale pour débutants par Michel Le Bellac
La nucléosynthèse primordiale par l’Observatoire de Paris.
La théorie de l’inflation par Jérôme Martin IAP
L’inflation cosmologique (Des fluctuations quantiques primordiales aux galaxies)
par S Renaux-Petel LPTHE IAP
La matière noire et peut on s'en passer : CR de la conférence de F Combes à
la SAF
PROCHAINE CONFÉRENCE
VEGA : SAMEDI 29 SEPTEMBRE 2018 20H30
TRM COMMUNS DU CHÂTEAU
DE PLAISIR
Nous commencerons à
fêter les 50 ans des missions Apollo et des premiers pas de l’Homme sur la Lune.
Avec cette conférence :
LA CONQUÊTE SPATIALE, IL
Y A 50 ANS, APOLLO !
Par Jean Pierre MARTIN
physicien membre de la SAF et de VEGA.
Entrée libre
AUTRES DATES
IMPORTANTES :
3 AOUT 21h30 NUIT DES ETOILES DE PLAISIR :
COMMUNS DU CHÂTEAU
8 SEPTEMBRE : FÊTE DES ASSOCIATIONS DE PLAISIR
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin
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