mise à jour le 17
Novembre 2004
CONFÉRENCE DE
HUBERT REEVES SUR
MATIÈRE ET ÉNERGIE SOMBRES
LORS DES
RENCONTRES DU CIEL ET DE L'ESPACE
Organisée par
l'AFA (Association Française d'Astronomie)
à la Cité des Sciences de Paris
Le 12 Novembre 2004
Photos : JPM pour
l'ambiance.
BREF COMPTE RENDU
Cette
conférence ouvrait en quelque sorte cette édition 2004 des RCE à la Cité des
Sciences de Paris. Avec un tel titre et un tel auteur on était sûr du résultat,
l'amphithéâtre Gaston Berger serait plein; ce fut le cas.
La photo ci-contre
en est la preuve.
On ne présente
plus Hubert
Reeves, cet astrophysicien de l'autre côté de l'Atlantique qui a fait
entrer ces domaines souvent arides dans notre culture.
Il les a mis à
notre portée.
Le sujet de ce
soir est attirant, car essayer d'expliquer en une heure ce qui constitue
l'essentiel de notre univers et dont on a peu de preuves tangibles est une
gageure.
Le maître
apparaît, partons pour ce voyage vers les confins de l'Univers.
Un
rappel historique pour commencer, vers la fin du XIXème siècle, on recherche
l'éther, milieu qui baignerait l'univers, mais Einstein arrive et balaie tout
cela avec sa relativité.
Tout ceci nous dit
il pour montrer qu'on peut chercher quelque chose qui n'existe pas et que la
solution à un problème peut très bien être ailleurs; il faut toujours garder
cela à l'esprit.
Le
point d'ouverture de cette conférence est la célèbre vue grand angle (deep
field) du télescope spatial Hubble
Tout ce que l'on
voit ne sont que des galaxies et des étoiles, mais en fait d'après les
dernières théories, cela ne représenterait
que 5% de ce qui est sur cette photo.
On ne voit pas les
95% mais ils devraient être là!
Alors comment se
manifestent ces 95%, et bien par leur interaction gravitationnelle, en effet
même si le soleil était invisible, on saurait qu'il est là car on tourne
autour, on pourrait prouver sa présence et calculer sa masse par les lois de la
mécanique Newtonienne. (voir pour vous rafraîchir la mémoire, l'article sur
"La
masse du Soleil et autres corps" dans ce site où toutes ces notions
sont expliquées).
La même chose est
détectable au niveau des étoiles, le célèbre américano-suisse Fred Zwicky
l'avait prévu il y a très longtemps. Il y a de la matière qui ne brille pas et
qui perturbe le mouvement.
On
s'en aperçoit en étudiant la rotation des galaxies, en effet il y a une
différence entre les mesures de vitesse de rotation observées à différents
endroits des galaxies et ce que donne le calcul de la physique actuelle.
Ces courbes
ressemblent à celles-ci tirées du livre "Explorations and Introduction to
Astronomy" par Thomas T. Arny chez Mc Graw Hill
Échelle verticale
: vitesse de rotation en différents points
Échelle
horizontale : distance au centre de la galaxie.
En fait les étoiles tournent trop vite pour rester ainsi
captives du centre de la galaxie, il doit y avoir autre chose d'invisible de
présent.
Ce serait la
matière sombre (dark matter).
L'univers
serait en fait composé principalement de :
4 à 5% de matière
visible (nous) dont à peine 0.5% de matière lumineuse comme les étoiles!
Près de 25% de
matière sombre : particules élémentaires massives qui auraient été produites en
grand nombre dans l'univers primitif de très haute énergie comme les neutrinos
et peut être d'autres particules que l'on recherche; et
Le reste (près de
70%) d'une nouvelle composante qui s'appelle l'énergie
sombre (dark energy) ou énergie du vide (vacuum energy) qui entraîne
l'univers dans une accélération.
Cette dernière est
contestée par certains, mais il existe beaucoup d'arguments en sa faveur.
L'univers est en
expansion, cela on le sait depuis longtemps, mais on pensait que l'expansion
allait ralentir, or depuis 1995 on a la preuve que cette
expansion s'accélère.
Les galaxies
lointaines ne sont pas ralenties, elles sont plus loin que prévues!!!
Cette accélération
de l'expansion de l'Univers a notamment été prouvée par une des supernovas les
plus lointaines trouvées par Adam Riess et son équipe, voir l'article
suivant pour plus de détails.
Cette composante,
énergie sombre, serait donc répulsive, et
s'approche en fait de la notion introduite par Einstein de sa constante cosmologique, dont il a admis ensuite
que c'était sa plus grande erreur, mais peut être pas….
La
composition de l'univers présentée plus haut n'est pas constante dans le temps.
Voici un des
transparents présentés par Hubert Reeves qui veut représenter le passé et le
présent de l'univers.
L'échelle
verticale représente la densité des composants de l'univers.
L'échelle
horizontale est le temps, le temps zéro étant à gauche et le présent à droite.
Une deuxième échelle horizontale est présente c'est celle du facteur de
redshift, le fameux z.
La barre verticale
verte la plus à gauche représente la limite (30.000ans après le BB) séparant
l'ère radiative de l'ère de la matière.
La barre verticale
verte la plus à droite c'est approximativement il y a 5 milliards d'années
(attention l'échelle est logarithmique), elle sépare un univers qui serait
attractif à gauche de celle-ci et répulsif à droite.
La droite bleue
marquée rM
correspond à l'évolution de la densité de matière celle marquée rrad
en noire est l'évolution de la densité de radiation.
Quoi quelle soit,
cette énergie sombre est maintenant la forme dominante de l'Univers, il n'en a
pas toujours été ainsi:
Comme le graphique
d'Hubert Reeves nous le montre, les densités d'énergie et de rayonnement ont
évoluées avec le temps, lorsque l'Univers entrait en expansion.
L'énergie (et la
matière) se sont diluées , le rayonnement s'est aussi dilué et s'est décalé
vers le rouge, si bien que la densité de radiation a décru plus rapidement que
celle de la matière-énergie. Les conséquences :
Du
Big bang à 30.000 ans après le Big Bang a peu près c'était l'ère du rayonnement
qui remplissait presque tout l'espace (radiation dominated era en anglais).
À
partir de ce moment là jusqu'à quelques milliards d'années, la matière-énergie
reprend le dessus, c'est l'ère de la matière (matter dominated era en anglais).
Nous
serions maintenant à partir de cet instant là dans l'ère de l'énergie sombre
(dark matter dominated era) cette énergie aurait pris le dessus sur la matière
en s'opposant à la force de gravité, cela entraînant une accélération de
l'expansion.
Toutes ces notions
doivent encore être confrontées à la réalité des observations, c'est le rôle de
nouveaux satellites scrutant l'Univers.
Histoire à
suivre,….
Alors, comme
disent les anglo-saxons "STAY TUNED" (restez branché!!)
RÉFÉRENCES :
Je
vous conseille l'excellent site en anglais qui explique les
différentes ères après le Big Bang avec une superbe représentation graphique (à
imprimer absolument).
Un
must pour ceux qui pratiquent aussi la langue d'Outre Manche , la foire aux questions
(FAQ en anglais = frequently asked questions) du site de l'UCLA (University of
the City of Los Angeles) en Californie.
Les
dernières évolution en
cosmologie par Rumiano en français.
Livres et
magazines :