Mise à jour 6 Juin 2019
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
« LE JAMES WEBB TELESCOPE :
UN NOUVEAU REGARD SUR LA FORMATION DES GALAXIES. »
Par Pierre GUILLARD
Astrophysicien, IAP, Sorbonne Université
À TelecomParisTech 46 rue Barrault Paris 13.
Le Vendredi 17 Mai 2019 à 19H00
Amphi Thévenin
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 et des animations.
Le conférencier a eu la
gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur
ma liaison ftp et se nomme :
20190517_SAF_JWST_Guillard-med.pdf qui se trouve dans le dossier
CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2018-2019.
La présentation la plus
complète avec les animations est très lourde (733 MB) et ne peut être envoyée
que séparément et sur demande
personnelle.
Ceux qui n'ont pas les mots de
passe doivent me
contacter avant.
Cette conférence a été filmée
en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV, merci à Laurent Dongé) et est accessible
sur Internet
On la trouve à cette adresse
disponible dans qq jours
J’avais vu P Guillard aux RCE
2018 et
sa présentation était superbe aussi ai-je eu l’idée de lui demander de venir
nous voir pour ces conférences mensuelles.
Avant de nous parler du futur
télescope spatial JWST, il consacre la première partie à nous parler de
formation des galaxies.
La matière noire joue un rôle
fondamental dans la formation des galaxies.
Les galaxies ont une extrême
diversité de formes, que le schéma de la fourchette de Hubble (Hubble
tuning fork) rend compte.
Les spirales vont évoluer et
devenir elliptiques.
Cette classification date de
l’époque de E Hubble.
Qu’est-ce qu’une galaxie ?
Une galaxie typique comme
M 101, c’est du gaz (30%), des poussières (1%) et de la matière noire.
Les galaxies sont entourées
d’un halo de matière noire qui fait 100 fois la taille de la galaxie même.
Galaxie = ensemble d’étoiles
qui naissent, vivent et meurent.
Les vieilles étoiles étant
plutôt au centre et les jeunes sur le pourtour dans les bras.
Univers = archipel de galaxies.
Dans les années 1920 E Hubble
découvre que toutes les galaxies s’éloignent de nous et que plus elles sont loin
plus elles s’éloignent vite. Hubble ne croyait pas à l’expansion de l’Univers,
c’est G Lemaitre qui se basant sur les équations d’Einstein montre que l’espace
se dilate.
On sait comment la matière
noire a été mise en évidence (Zwicky en 1933, Rubin..) je n’y reviens pas.
Puis c’est G Gamov en 1948 qui
passe le film à l’envers, il y a eu un instant où l’Univers était infiniment
petit : Big Bang.
Il devrait rester une relique
des premiers temps : le CMB dont il évalue la température de rayonnement approx
3K.
Se pose alors la question
suivante :
Comment est-on passé de
l’Univers homogène original à l’Univers d’aujourd’hui hétérogène ?
Comment se forment les galaxies ?
Processus qui fait appel à tous
les aspects de la physique.
Pour faire un peu « peur »
voici un tableau qui pourrait résumer le processus.
C’est clair n’est-ce pas ?
Effondrement du gaz
Puis formation du disque
galactique.
Formation rapide (100 Ma) des
étoiles ?
Formation de la forme spirale.
Millenium Simulation :
https://youtu.be/yyfpFfWq7Bc
Simulation de matière noire
Cube de 2 milliards d’année-lumière de coté
10 milliards de particules
Formation de la toile cosmique.
·
Formation
hiérarchique des structures
·
Filaments
omniprésents…du moins dans les simulations !
·
Gaz à ~105
K
La simulation Horizon-AGN
utilise un volume comobile de plus de 10.000 particules de matière noire, elle a
nécessité 6 millions d’heures de super ordinateur Jade
Le gaz s’effondre en filaments
cosmiques.
Aux nœuds de ces filaments se
forment les galaxies les plus massives.
Elles sont plutôt elliptiques
et passives (ne forment plus d’étoiles).
Le long des filaments se
forment les galaxies actives.
De l’étude de la toile cosmique
on en déduit cette vue en profondeur de notre Univers :
Comparaison entre les
simulations en rouge et les observations en bleu : ça colle parfaitement.
Comment voir plus loin ? Avec le JWST.
Hubble ne suffit pas, il est
limité à approximativement 500 Ma après le BB, pour voir plus loin , il faut
plus gros (pour collecter plus de lumière) et plus rouge (IR, car les anciennes
galaxies et objets sont fortement décalés vers le rouge).
On se rend compte des
différences entre visible et IR particulièrement avec
les Piliers de la
Création.
On le voit ici sur cette
vidéo : https://youtu.be/8Mne2QwH9oc
En
visible (optique comme disent les anglo-saxons) on ne peut pas voir les objets
très lointains, car à cause de l’expansion de l’Univers, leur lumière se trouve
maintenant décalé vers le rouge (redshift) et l’IR.
Donc il faut aller dans l’IR
pour atteindre ces limites.
On voit ici la comparaison des
différentes gammes de mesure des trois principaux télescopes spatiaux. Avec le
JWST on gagne un facteur 100 par rapport aux précédents. (Surface collectrice
plus grande)
Pour la
même image, pour Spitzer qui
était un télescope IR avait besoin d’une pose de 90.000 secondes alors que le
Webb obtient avec même une résolution meilleure avec 1.000 secondes !
P Guillard travaille sur
l’instrument MIRI du JWST.
Le JWST en chiffre :
Le
JWST possède principalement 4 instruments :
·
La caméra dans
le proche infrarouge (NIRCam), fournie par la NASA par l’intermédiaire de
l’Université de l’Arizona
·
Le
spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec), qui fonctionne dans des
longueurs d’onde similaires, fabriqué par Astrium GmbH et fourni par l’ESA et
dont les détecteurs et l’ensemble de micro-volets sont, eux, fournis par la
NASA.
·
L’instrument
dans l’infrarouge moyen (MIRI) – est fourni par un consortium d’organismes
européens (dont le CEA) financés sur des fonds publics et par la NASA, la
coordination étant assurée par l’ESA
·
Le détecteur de
guidage de précision/caméra à filtre accordable (FGS/NIRISS), est fourni par les
Canadiens de l’ASC
Le refroidissement des
instruments est principalement passif.
Le bouclier en Kapton est
toujours situé face au Soleil de manière à ce que le télescope soit toujours « à
l’ombre »
Le côté face au Soleil est à
90°C alors que le côté opposé avec les miroirs et instruments est à -170°C.
Mais
le Webb devrait aussi s’intéresser aux exoplanètes et à leurs atmosphères.
On voit ici ce que pourrait
être le spectre détecté par NIRSpec d’une atmosphère planétaire.
Le NIRSpec utilise la
technologie innovante des microvolets devant
masquer la lumière parasite d'objets non désirés situés au premier plan.
Mais l’IR permet aussi de voir
à travers l’opaque. Donc à travers les gaz froids des galaxies, les poussières
et l’Hydrogène.
J’ai souvent parlé du JWST, je
ne reparlerai donc pas plus longtemps de ce sujet. Voir les conférences
précédentes (NdlR).
Voir notamment :
Le JWST et ses prédécesseurs : CR de la conf JPM au LVA-Rouen du 5 Oct 2018
La suite :
·
2019 :
debugging
·
2020 : en route
pour la Californie pour l’intégration finale
·
Fin 2020 :
bateau pour Kourou
·
2021 :
intégration dans la coiffe d’Ariane
·
Lancement en
Mars 2021
POUR ALLER PLUS
LOIN :
http://www.horizon-simulation.org/
Comment se tisse la toile cosmique CR conf IAP de S. Codis du 2 Oct 2018.
Le site du JWST à la NASA,
très détaillé.
Le JWST chez eo-portal : https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/j/jwst
Studying the First Galaxies
with the Hubble and the Webb Space Telescopes
Prochaine conférence mensuelle de la SAF à TeleComParistech :
Vendredi 14 Juin 2019
19H00
TABLE RONDE SUR
LE FUTUR DE L’EXPLORATION LUNAIRE
Réservation à partir du 18 Mai
Entrée
libre mais
réservation obligatoire.
(Vigipirate)
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin Président
de la commission de cosmologie de la SAF
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