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Mise à jour le 28 Mai 2018

VEGA LOGO ROUGE   

        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’équation de Friedmann

 

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.

·         40 ans de cosmologie

·         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 

www.planetastronomy.com

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