Mise à jour 20 Avril 2025.
CONFÉRENCE MENSUELLE
De Ruth DURRER Astrophysicienne à l'Université de Genève
et remise du prix Janssen 2024
« ARPENTER L’UNIVERS »
Organisée par la SAF
En présence du public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF
Le Mercredi 9 Avril 2025 à 19H00
Photos : TM et 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 est disponible sur
ma liaison ftp ,
Rentrer le mot de passe, puis aller à CONFÉRENCES SAF ensuite SAISON 2024/2025 ;
Elle s’appelle : Durrer-Arpenter.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent aussi me
contacter avant..
La vidéo de la réunion est accessible à cet URL :
https://youtu.be/0woI0pi39O0?list=PL78ug7UrzPF1w8Tv32bQsZtE1Q5Tz7nBP
Tous les autres enregistrements des conférences mensuelles sont accessibles sur
la playlist
des conférences mensuelles d’Astronomie de notre chaine YouTube SAF.
Nous étions plus d’une centaine dans la salle et 82 à distance sur YouTube.
Ruth Durrer commence par lire un message de Jean Philippe Uzan qui a été postdoc
à l’université de Genève et a fait partie de son jury de thèse et qui la
remercie.
Notre Président Sylvain Bouley lui remet ensuit la prestigieuse médaille de le
SAF, le Prix Janssen 2024.
Ruth est une grande théoricienne de la cosmologie avec des travaux très
éclectiques.
Sa présentation va s’appuyer surtout sur les sujets qui ont fait partie de sa
trajectoire personnelle.
Je fais un résumé succinct car sa présentation est très claire.
Bien évidemment tout commence avec Albert Einstein et la relativité générale
(RG).
Il émet l’hypothèse que
l’Univers est homogène isotrope et statique et de courbure positive, donc
fini.
En 1917 W De Sitter trouve une solution avec un Univers vide de matière et c’est
finalement en 1922 Friedmann puis en 1927 G Lemaitre qui trouvent des solutions
avec un Univers homogène et isotrope mais en expansion. Expansion confirmée par
Hubble vers 1930.
Elle passe sa thèse à l’Université de Zurich sur la formation des structures
avec de la matière noire chaude, donc à base de neutrinos légers comme prévu par
Fritz Zwicky. Mais ça ne fonctionnait pas à petite échelle, donc arrêt,
maintenant on est certain de cela.
Ensuite elle passe son premier postdoc à Cambridge sur les cordes cosmiques en
étudiant les ondes gravitationnelles associées.
Deuxième postdoc à Princeton sur les défauts topologiques.
Pendant ce temps on découvre les premières fluctuations du fond diffus
cosmologique (CMB) par le satellite COBE.
Le satellite COBE permet grâce aux instruments de G Smoot de déceler d'infimes
variations de température du fond cosmologique.
Les galaxies vont se former dans les régions légèrement plus dense (plus
froides) en bleu, le vide subsistera dans les régions roses
Quelques rappels personnels tirés de CR précédents :
L’Univers est homogène et isotrope.
C'est le principe
cosmologique, à
grande échelle l'Univers est homogène (identique à lui-même partout) et isotrope
(identique à lui-même dans toutes les directions), cela veut dire qu'il est le
même en tous les endroits et qu'il n'y a pas de direction privilégiée.
Cela veut dire aussi accessoirement, qu'il n’a pas de centre ni de bords!!!
Un espace de cette nature est à courbure constante K ; il est soit en expansion
soit en contraction.
Sa métrique, c'est à dire en simplifiant, la distance entre deux points est
donnée par un facteur
d'échelle a(t)
qui dépend du temps.
Le contenu matériel de cet espace est donné par sa densité d'énergie r et la
pression P.
La relation de la pression en fonction de la densité P(r) est appelée équation
d'état, comme pour les fluides ordinaires.
Suivant l'hypothèse de la composition de l'Univers cette équation peut se
simplifier : (voir cours de cosmologie)
· Univers composé uniquement de matière non relativiste : P = 0
· Univers composé uniquement de rayonnements : P = r/3 (en effet la
pression est générée par l'impulsion des photons qui est égale a son énergie
(divisée par la vitesse de la lumière). Comme en moyenne cette impulsion est
dirigée vers une de trois dimensions elle génère une pression P=r/3
· Univers uniquement composé de "vide" P = -r = Λ/8πG où Λ est la constante
cosmologique.
Une remarque sur Λ , la constante cosmologique : c'est un terme qui apparaît
dans les équations de la relativité générale d’Einstein.
Son absence impliquait que l'Univers était en expansion : impensable pour
Einstein à cette époque, il ajoute cette constante pour retrouver un modèle
d'Univers statique; modèle en vogue au début du XXème siècle.
30 ans plus tard, Einstein se rallia à la thèse de l'Univers en expansion et
reconnu son erreur, il supprime cette constante.
Depuis les années 1990, on a découvert que la lumière des objets les plus
lointains (supernova) suit un trajet différent de celui expliqué classiquement
par la présence de la matière, il y aurait une énergie inconnue (noire) qui
dominerait l'Univers et rendrait cette expansion accélérée. Il faut certainement
remettre cette constante dans les équations.
La distance L entre deux points est proportionnelle au facteur d'échelle, et
alors deux objets (galaxies par exemple) s'éloignent l'un de l'autre suivant la
fameuse loi
de Hubble avec
la vitesse v telle que :
V = (dérivée de L) = H L avec H = constante
de Hubble H
= 70 km/s/Mpc (Mpc = Méga
parsec)
Un photon de longueur d'onde l émis au temps t dans le passé, est détecté
aujourd'hui au temps t0 il est de longueur d'onde l0,
l'Univers étant en expansion, il subit un décalage
vers le rouge (moins
d'énergie) dû à l'effet Doppler, tel que :
l0 = [a(t0)/a(t)] l = (1 +
z) l où z = facteur de redshift (ou décalage spectral)
La distance d'un photon émis au temps t dépend du contenu matériel de l'Univers
et donc de l'équation d'état P(r).
On introduit maintenant la densité
critique de
l'Univers afin de travailler sur des nombres sans dimensions.
Cette densité critique rc est la densité d'énergie que l'on doit
avoir dans un Univers en expansion pour que sa courbure soit nulle (K=0).
(pour
info cette densité critique est de l'ordre de ….2 atomes H par m3!!!!)
On peut maintenant définir les paramètres de densité par rapport à cette densité
critique.
Vue du CMB par les trois principales missions spatiales de COBE à Planck en
passant par WMAP.
Le fond diffus cosmologique (CMB) quand on l'étudie en détail, est extrêmement
isotrope.
Sur le graphique de gauche on remarque que la température est uniforme : 2,7K.
Selon le modèle standard de la cosmologie, ce rayonnement fossile a été émis
environ 380 000 ans après le Big Bang, alors que l'Univers observable était
encore beaucoup plus petit, dense et chaud (de l'ordre de 3 000 à 4000 K)
qu'aujourd'hui.
La température baissant, l’Hydrogène se recombine avec les électrons et
l’Univers devient neutre et transparent.
Dilué et refroidi par l'expansion de l'Univers, il possède désormais une
température moyenne très basse, de l'ordre de 3 K. Le CMB correspond à la plus
vieille image électromagnétique qu'il est possible d'obtenir de l'Univers et il
présente d'infimes variations de température et d'intensité, les fameuses
anisotropies selon la direction observée.
Ce rayonnement a été découvert (par hasard) par Penzas et Wilson en 1965.
Crédit : NASA/COBE/DMR; NASA/WMAP science team; ESA and the Planck collaboration
Avant la recombinaison le plasma est fortement couplé et des perturbations
initiales entrainent des oscillations ondulatoires similaires à celles du son `
dans l’air, appelées
oscillations acoustiques
Le spectre de puissance du CMB (Fond Diffus Cosmologique) est un graphique qui
montre la répartition des anisotropies de température du CMB en fonction de leur
taille angulaire.
Il nous indique à quel point les différentes échelles de structures dans
l'univers primitif étaient chaudes ou froides.
Le spectre de puissance du CMB est l'un des outils les plus importants de la
cosmologie moderne.
Il a permis aux scientifiques de confirmer le modèle du Big Bang et de mesurer
des paramètres clés de l'univers, tels que son âge, sa composition et sa vitesse
d'expansion.
Crédit : ESA / Collaboration Planck.
L’étude du CMB a permis de donner une idée du contenu de l’Univers.
En 1995 Ruth Durrer est élue professeur en physique théorique à l’Université de
Genève et fonde le nouveau groupe de cosmologie qui aujourd’hui compte six
professeurs et une quarantaine d’étudiants.
De nombreuses questions ont été posées à la fin de cette conférence.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Ouvrage de R Durrer :
The Cosmic Microwave Background
Liés au sujet présenté :
L’inflation :
CR conf SAF (cosmologie) de D Werth du 6 Avril 2024. (15/05/2024)
DESI, Expansion Univers :
CR conf SAF (Cosmologie) d’E. Burtin du 27 Janv 2024. (11/04/2024)
Histoire critique du BB :
CR de la conf SAF de JMBB du 8 Mars 2023 (20/03/2023)
Euclid et l'énergie noire :
CR de la conf SAF de F Bernardeau du 9 Fev 2022. (28/02/2022)
La cosmo après les 5 premières minutes :
CR conf SAF de S Bosman du 9 Nov 2018. (16/11/2018)
Bon ciel à tous
Prochaine conférence SAF. : le mercredi 14 Mai 2025
(CNAM) 19 H
avec
Pierre LÉNA
Astrophysicien Observatoire de Paris, Académicien des Sciences
sur « LES
HUMAINS ET LE CIEL : SIX MILLE ANS D’HISTOIRE.
À PROPOS DE "L’ATLAS HISTORIQUE DU CIEL" »
Réservation comme d’habitude à
partir du 10 Avril 9h00 ou à la SAF directement.
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Bon ciel à tous !
Jean Pierre
Martin
Abonnez-vous aux astronews
du site en envoyant votre e-mail.