logoplanetastr67

 

Mise à jour le 29 Octobre 2016

 

CONFÉRENCE DÉBAT

« ASTRONOMIE ET COSMOLOGIE :
NOTRE VISION DE L'UNIVERS ET DE SON DESTIN
 »

À L’ACADÉMIE DES SCIENCES INSTITUT DE FRANCE
11 Octobre 2016      23 Quai Conti Paris 75006

 

Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

 

 

BREF COMPTE RENDU

 

 

 

La grande salle des séances de l’Académie pour cet évènement exceptionnel.

 

Un prestigieux programme.

 

Vidéo de l’évènement : voir page d’accueil pour toutes les vidéos.

 

Colloque organisé par Françoise Combes.

Elle est professeur au Collège de France (chaire Galaxies et cosmologie), membre et délégué de la section sciences de l'Univers de l'Académie des sciences.

 

Ses recherches à l'Observatoire de Paris portent sur la nature de la matière noire, la formation et l'évolution des galaxies, de même que sur le rôle des trous noirs dans leur formation.

 

Elle a reçu la médaille d'argent du CNRS, et le Prix Tycho Brahe de la Société astronomique européenne

 

Photo : H Courtois (à gauche) et F Combes avant le début du colloque.

 

F Combes nous indique que ce colloque va nous présenter les progrès récents en cosmologie.

 

 

 

 

 

 

Plan du colloque.

 

1-    Le modèle du Big Bang, un siècle de développements par Jean Philippe Uzan IAP et IHP.

2-   Observations des grandes structures : Laniakea par Hélène Courtois Université Claude Bernard Lyon I, Lyon

3-   Le fond cosmologique et contraintes sur les modèles d'Univers par Jean Loup Puget Ac. des sciences, IAS, Orsay

4-   Les traces de l'Énergie noire dans la structure à grande échelle de l'Univers par Pier S Corasaniti  Obs de Paris-Meudon

5-   Modèles d'Univers, inflation, rebonds par Patrick Peter IAP

 

 

 

Une remarque, toutes les présentations étaient brillantes et très intéressantes, mais sont passées très (trop ?) vite.

La prise de notes était difficile, il faudra se reporter aux présentations mises en ligne avec la vidéo de l’évènement pour avoir plus de détails.

 

 

 

 

1-LE MODÈLE DU BIG BANG, UN SIÈCLE DE DÉVELOPPEMENTS PAR JEAN PHILIPPE UZAN IAP ET IHP.

 

 

Jean-Philippe Uzan est directeur de recherche au CNRS.

Spécialiste de gravitation et cosmologie, il travaille à l'Institut d'astrophysique de Paris et est directeur adjoint de l'Institut Henri Poincaré. Ses travaux portent sur de nombreux aspects de la cosmologie moderne, des phases primordiales de l'Univers à l'interprétation des observations.

 

Vidéo.

 

C’est en fait différents modèles, une succession de modèles empilés les uns sur les autres.

 

Il faut distinguer entre cosmologie et Cosmologie !

 

La cosmologie avec un petit « c » est liée à la physique théorique et à l’astrophysique et qui parle de l’Univers que l’on peut observer. La Cosmologie avec un grand C repose sur la précédente bien sûr, mais va essayer de donner une vision de l’Univers dans sa globalité. Elle a aussi un pied dans la métaphysique et est spéculative (multivers par ex).

 

 

Particularités de la cosmologie :

 

·         Nous n’avons qu’un seul univers observable

·         Reconstruire l’histoire passée de l’Univers et trouver les conditions initiales

·         En déduire l’histoire la plus probable

 

La cosmologie relativiste :

 

Einstein va géométriser la gravitation. Einstein va faire différentes suppositions qui sont résumées ici.

Loi de « Hubble » aujourd’hui avec les relevés de différentes sources.

 

Résoudre les équations d’Einstein est difficile, il va falloir faire des simplifications.

Une géométrie de l’Univers qui est une bonne représentation satisfaisant un modèle.

Einstein se rend compte que les 3 conditions énoncées sont incompatibles avec ses équations, sauf si on rajoute un terme (le facteur lambda, fameuse constante cosmologique qui rend l’univers statique)

 

Mais Friedman et Lemaître, indépendamment l’un de l’autre, vont se rendre compte que l’Univers est en expansion.

 

Construisons l’Univers : on se rend compte que l’Univers est homogène, isotrope et uniforme, sans centre. Principe copernicien.

 

La loi de l’expansion donne accès au contenu en matière de l’Univers.

 

 

Le big bang chaud.

 

Dans les années 1940, Georges Gamow, fait faire d’énormes progrès à la cosmologie, il introduit la notion d’histoire thermique de l’Univers. Il trouve ainsi l’origine des éléments légers (H ; He, Li et leurs isotopes..) due à la baisse de température qui permet aux protons et neutrons de s’assembler.

 

Gamow et ses collègues calculent l’abondance des  éléments dans l’Univers. À gauche l’abondance de certains éléments compris dans les bonnes barres d’erreurs sauf pour le Li7, que l’on ne comprend pas.

Les dernières mesures de WMAP et Planck permettent de définir l’Univers avec seulement 6 paramètres !

 

 

Les grandes structures.

 

À partir de l’univers homogène, comment en est on arrivé aux galaxies, amas etc, bref aux grandes structures.

 

Ce sont les minimes variations de densité (et de température, les anisotropies) que l’on voit dans le bruit de fond cosmologique que vont servir de graines à ces  grandes structures.

 

Il y a 16 ordres de grandeur pour les différentes tailles d’étoiles !

 

Les simulations numériques nous aident à appréhender la formation de ces grandes structures. On va comparer en permanence les résultats de ces simulations aux observations dans le ciel.

 

À partir des années 1970/80, on se rend compte que l’effondrement seul de la matière baryonique ne peut pas mener à la formation de grandes structures, on va alors introduire la notion de matière noire.

 

On peut se poser la question : est ce que le modèle proposé est un bon modèle ?

 

Or on sait que :

·         la Relativité Générale n’a été testées que dans le Système Solaire

·         on observe l’Univers que depuis un seul point, d’où difficulté à tester l’homogénéité.

 

Peut on ou pourra t on tester ces hypothèses dans le futur ?

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

 

The Big-Bang Theory: Construction, Evolution and Status Par JP Uzan 2015 en anglais. Un peu (beaucoup!) théorique mais superbe!

 

Le Big Bang face aux observations par JP Uzan.

 

De l'univers aux multivers - festival des 2 infinis - Édition 2014 l'essentiel est invisible vidéo de JP Uzan.

 

The Big Bang Theory construction, evolution and status video   by JP Uzan slides en anglais et textes en français

 

Les 100 ans de la relativité générale avec Jean-Philippe Uzan – retranscription

 

L'origine des éléments légers dans l'univers, CR de la conférence de G Hébrard à la SAF.

 

La Disparition du Lithium par « ça se passe là haut »

 

 

 

2-OBSERVATIONS DES GRANDES STRUCTURES : LANIAKEA PAR HÉLÈNE COURTOIS UNI CLAUDE BERNARD LYON I

 

 

Professeure et vice-présidente de l’Université Claude Bernard Lyon I, Hélène Courtois est directrice de l’équipe de recherche « Cosmologie observationnelle » de l’Institut de physique nucléaire de Lyon.

 

Membre senior de l’institut universitaire de France, elle est par ailleurs marraine scientifique du Planétarium de Vaulx-en-Velin.

 

Il semble bien que notre adresse dans l’Univers ait changé, en effet, si nous appartenons au système solaire et plus largement à la Voie Lactée, notre Galaxie d’accueil, qui elle fait partie d’un amas de galaxies (cluster en anglais), l’amas de la Vierge ; tout cet ensemble appartiendrait à un super amas énorme que l’on vient de mettre au jour baptisé Laniakea.

 

 

Voir la vidéo.

 

 

Ce sont les astrophysiciens d’une équipe internationale comprenant Hélène Courtois astrophysicienne de l’Institut de physique nucléaire de Lyon ; Daniel Pomarède, de l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) du CEA à Saclay ; R. Brent Tully de IFA Hawai, et, Yehuda Hoffman de l’Université de Jérusalem, qui sont parvenus à évaluer les contours de ce super continent qu’est Laniakea.

 

Laniakea signifie en hawaïen « immense horizon céleste », pourquoi en hawaïen, parce que c’est un peuple de voyageurs et aussi parce que Hawaï abrite des télescopes parmi les plus puissants au monde.

On a suivi les mouvements de ces galaxies pendant des années afin de les cartographier, près de 10.000 ont ainsi été cartographiées.

 

 

 

Une représentation du super amas Lanikea Le point rouge, c’est nous. (©Courtois, Pomarede, Brent Tully et Y Hoffman, Nature)

D’autres bassins versants.

 

On sait que les galaxies ne sont pas réparties au hasard dans l’Univers, il y a des zones vides et des groupes de galaxies, les amas, situés sur des filaments, l’Univers a une structure un peu comme une éponge. Un de ces groupes est l’amas de la Vierge auquel nous appartenons.

Ces galaxies si elles sont attirées vers un point de ce super amas, appelé le Grand Attracteur, s’éloignent aussi les unes des autres sous l’effet de l’expansion de la toile cosmique.

La carte en 3 dimensions élaborée par nos chercheurs couvre une petite partie de l’Univers observable, approximativement un milliard d’années lumière, ce qui est somme toute, pas mal, quelques % de l’Univers.

Ils ont mesuré leur distance et leur mouvement propre.

Il a fallu distinguer entre vitesse de la galaxie due à la gravitation (à la masse) et vitesse due à l’expansion de l’Univers.

Par exemple, notre propre galaxie se déplace à 630km/s vers le Grand Attracteur, mais approx. 15.000km/s due à l’expansion.

 

Ils ont trouvé la taille de ce super amas : 500 millions d’années lumière (notre Galaxie ne fait « que » 100.000 années lumière de diamètre) ! Énorme surprise !

Sa masse ? Cent millions de milliards de masses solaires. Soit 100.000 galaxies comme la notre (chacune approx. 100 milliards d’étoiles) et un million de galaxies plus petites (10 milliards d’étoiles chacune).

 

Il semble bien que toutes ces galaxies soient entrainées dans un vaste mouvement du style évacuation d’eau, (on vide la baignoire !) vers ce point d’attraction, alors que, pour reprendre l’analogie, la baignoire devient de plus en plus grande à cause de l’expansion de l’Univers. C’est un « fleuve » de galaxies qui est entraîné vers ce Grand attracteur. Notre Univers est vraiment dynamique.

 

 

 

Vidéo du CEA en français. Version complète de 7 minutes. À voir.

Ce film a été produit dans le cadre de la publication "The Laniakea Supercluster of Galaxies" publiée dans Nature, volume 513, numéro 7516, p.71 (4 Septembre 2014) par R. Brent Tully, Hélène Courtois, Yehuda Hoffman, et Daniel Pomarède.

Commentaires et voix de la version française : Hélène Courtois.  Tous droits réservés.

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

L’article de Nature sur Laniakea. (On a accès aux figures et à la vidéo).

 

Ils ont donné lieu aussi à une publication accessible à tous : The Laniakea supercluster of galaxies

 

Laniakea : Nouveau Visage de l'Univers, par planète Gaia.

 

Laniakea : Xavier vient à notre aide ! . (20/12/2014)

 

Ballade dans l’univers : à la découverte de Laniakea | Hélène Courtois | TEDxLyon

 

Arrowhead, un mini superamas de galaxies en équilibre entre trois géants cosmiques par l’IRFU.

 

 

 

 

3-LE FOND COSMOLOGIQUE ET CONTRAINTES SUR LES MODÈLES D'UNIVERS PAR JL PUGET AC. DES SC., IAS, ORSAY

 

 

 

Jean-Loup Puget, membre de l'Académie des sciences, est directeur de recherche émérite au CNRS. Il a travaillé sur l'astrophysique du milieu interstellaire et en cosmologie.

 

Il a, en outre, contribué à plusieurs missions spatiales et a dirigé le consortium High Frequency Instrument (HFI) de la mission spatiale Planck lancée en 2009.

 

Président de nombreux comités scientifiques, il a été à l'origine de la création de l'Institut d'astrophysique spatiale à Orsay, qu'il a dirigé.

 

Il est actuellement président du comité des programmes scientifiques du Cnes.

 

 

Voir la vidéo.

 

 

 

 

Les observations du fonds cosmologique (CMB, prédit par Gamow comme déjà dit) de grande précision effectuées par la mission Planck ont permis de déterminer presque tous les paramètres du modèle cosmologique au niveau du pourcent.

 

La température de l’Univers à cette époque a été très précisément déterminée : 2,7255K  +/- 0,0006K

 

On a pu en déduire le contenu en radiation électromagnétique de l’Univers comme on le voit sur le graphique ci-contre.

Ce sont toutes les fréquences qui nous viennent de l’extérieur de notre Voie Lactée.

On remarque que le CMB  contient 95% de toute l’énergie que l’on reçoit !

 

 

 

 

La cohérence avec d'autres mesures cosmologiques sur les grandes structures et sur des paramètres de physique critiques pour le modèle cosmologique font de ce modèle, un modèle standard de la cosmologie.

La physique des particules cherche des observables qui identifieraient une physique « au-delà du modèle standard », les cosmologistes font de même. Trois des quatre prédictions génériques de l'Univers primordial et du paradigme d'inflation ont été vérifiées avec une grande fiabilité. La quatrième, qui concerne les ondes gravitationnelles primordiales, reste ouverte

 

 

 

 

 

 

 

 

Comparaison entre modèle et mesure des paramètres.

 

 

Pour ainsi dire parfaite concordance.

 

 

On va aussi confirmer la valeur des 6 paramètres définissant l’Univers.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

L’enfance de l’Univers dévoilée, article du Monde.

 

Planck, instrument HFI article du CNES.

 

Conférence - JL. PUGET - La mission spatiale Planck - Académie des sciences

 

A l'horizon du cosmos : les révélations de Planck vidéo de la conférence par JL Puget en 2013.

 

Planck dévoile le côté dynamique de l'Univers, article du CNRS.

 

 

 

 

 

4-LES TRACES DE L'ÉNERGIE NOIRE DANS LA STRUCTURE À GRANDE ÉCHELLE DE L'UNIVERS PAR PS CORASANITI ObsP

 

Pier-Stefano Corasaniti est chargé de recherche au CNRS. Physicien de formation, il est cosmologiste à l’Observatoire de Paris.

 

Ses activités de recherche portent sur les modèles d’énergie noire et la formation des structures cosmiques.

 

Il est porteur d’un ERC-Starting Grant « Exploring Dark Energy through Cosmic Structures ».

 

 

Voir la video.

 

 

 

 

 

 

 

 

Voilà la composition de l’Univers telle qu’on la conçoit aujourd’hui.

 

La matière baryonique qui nous compose ne correspond en fait qu’à quelques  % de l’Univers ; le reste est invisible à nos yeux et en grande partie inconnu.

 

Ce sont :

·         La matière noire nécessaire à la formation des grandes structures et

·         L’énergie noire, force répulsive anti gravité accélérant l’expansion cosmique

 

 

 

Les observations cosmologiques réalisées au cours des deux dernières décennies ont confirmé, d’une part les piliers du modèle standard de la cosmologique et nous ont révélé, d'autre part, l'existence d'une forme exotique de matière, surnommée énergie noire, responsable de l’expansion accélérée de l’Univers.

 

L’origine ultime de cette composante est une des énigmes centrales de la cosmologie moderne. Dans cet exposé, après une brève introduction historique, on abordera les empreintes de l'énergie noire dans la distribution des structures cosmiques ainsi que les efforts observationnels futurs qui nous fourniront des précieuses mesures pour mieux comprendre la nature de ce phénomène

 

Les supernovas, phénomènes très lumineux et pour ainsi dire constants en intensité absolues, nous servent de phares dans l’Univers (des chandelles standards) permettant ainsi une évaluation des distances à grandes échelles.

 

C’est la mesure des SN très lointaines (elles étaient plus loin que prévues) qui a permis de montrer que l’expansion de l’Univers accélérait.

 

En fait, dans le CMB on peut aussi trouver des traces de l’accélération de l’Univers (Planck, ballon..)

 

 

 

 

 

Dans le modèle standard on a un candidat pour cette énergie noire, c’est la constante cosmologique introduite  par Einstein pour des raisons presque philosophiques.

 

Elle correspond à un fluide de pression ….négative.

 

Le vide quantique peut aussi être considéré comme un autre candidat.

 

Toutes les formes d’énergie contribuent à la courbure de l’espace-temps.

 

 

 

 

Les modèles numériques doivent nous donner de nouvelles approches, comme la modélisation DEUS par exemple.

Le LUTh a procédé à la première modélisation de la structuration de tout l'Univers observable du Big-Bang jusqu'à aujourd'hui.

La simulation effectuée a permis de suivre 550 milliards de particules sur 2,5 trillions points de calcul.

Une telle simulation durerait 3000 ans avec un calculateur ordinaire, elle n’a duré que 3 semaines avec les supercalculateurs.

Ce projet est appelé DEUS (acronyme de Dark Energy Universe Simulation) réalisé sur le nouveau supercalculateur CURIE de GENCI exploité au Très Grand Centre de Calcul (TGCC) du CEA.

Que remarque-t-on ? Des amas commencent à apparaître qui vont donner naissance aux structures actuelles que l’on observe dans le ciel.

 

 

Des programmes observationnels dans le futur, notamment la mission Euclid devrait améliorer nos connaissances à ce sujet.

La mission Euclid doit donc mesurer des effets physiques infimes de l’énergie sombre et de la gravitation sur :

·         L’histoire de l’expansion,

·         L’histoire de la formation des structures,

À cet effet il faudra observer l’évolution de la distribution et la structuration tridimensionnelle à grande échelle de :

·         La matière noire

·         Des galaxies

Depuis aujourd’hui, jusqu’à la période de transition ou la matière noire dominait l’énergie sombre

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Origine de la structuration de l’univers et nature de l’énergie noire, CR conf  SAF de JM Alimi du 10 Avril 2013.

 

Rencontrez DEUS, la première simulation complète de l'univers observable, article de Futura Sciences

 

Matière noire et énergie sombre : que va nous apprendre Euclid ? CR conf IAP de Y Mellier du 7 Avril 2015.

 

Évidences observationnelles de l'énergie noire, CR conf Unesco de PS Corasaniti du 8 Juillet 2009.

 

 

 

 

 

 

5-MODÈLES D'UNIVERS, INFLATION, REBONDS PAR PATRICK PETER IAP

 

 

Après une thèse sous la direction de Brandon Carter, Patrick Peter a effectué un post-doctorat entre 1993 et 1995 avec Stephen Hawking à Cambridge, puis a été recruté en tant que chargé de recherche au CNRS à l’Observatoire de Paris (Meudon).

 

Directeur de recherche depuis 2002, il a travaillé à l’Institut d’astrophysique de Paris (IAP) depuis 1999, où il a dirigé le groupe de physique théorique (GReCO) de 2004 à 2008.

 

Actuellement directeur adjoint de l’Institut Lagrange de Paris, Patrick Peter est co-auteur, avec Jean-Philippe Uzan, d’un livre de cosmologie publié chez Belin et traduit en anglais chez Oxford University Press.

 

 

Voir la vidéo.

 

 

 

 

Comme il dit, il doit expliquer simplement des choses incompréhensibles ce qui n’est pas évident…..

 

Les nombreuses données qui se sont accumulées ces dernières décennies nous permettent de comprendre les premiers instants de l’Univers, ou du moins de classer les modèles les plus pertinents pour les décrire.

 

On va s’intéresser à la Relativité Générale dans un cadre simplifié, et en particulier à la métrique (la distance entre deux évènements de l’espace-temps). Elle ne va dépendre que du facteur d’échelle, vitesse à laquelle l’Univers est en expansion et d’un facteur K qui vaut 0 +/-1 comme déjà dit plus tôt.

La matière elle, est décrite par un tenseur énergie-impulsion T.

 

Tout ceci permet de raconter l’histoire de l’Univers sur 14 milliards d’années.

 

 

Néanmoins on rencontre quelques problèmes (déjà évoqués) avec la cosmologie standard :

·         Singularité  de l’instant « zéro »

·         Horizon (les points du ciel ont tous la même température à 10-5 près)

·         Platitude (l’Univers serait plat, K=0)

·         Homogénéités

·         Les monopôles

·         Perturbations

·         Matière noire

·         Énergie noire

·         Baryogénèse

·         ……

Beaucoup de ces points ont déjà été abordés dans ces colonnes.

 

Pour comprendre la platitude, posons la densité de l’Univers 1ns après le BB. Et on ne change QUE la dernière décimale d’un nombre énorme comme sur le graphique.

 

On passe alors d’un espace plat à un espace ouvert ou fermé suivant cette dernière décimale !!!

 

La précision des données est donc fondamentale.

 

 

 

 

 

 

La plupart de ces problèmes sont réglés avec l’apport de l’inflation. Pendant un intervalle extrêmement court (typ 10-35s) l’Univers augmente d’un facteur extraordinairement grand.

 

 

L’inflation permet notamment de régler le problème de l’horizon.

 

La phase d’inflation fait passer l’Univers d’un espace infiniment petit (taille de Planck) à un espace relativement énorme (quelques cm).

 

On a donc après cette phase, l’impression que la lumière en A et B vient   en fait de cette toute petite zone AB du début du BB. D’où homogénéisation des températures mesurées.

 

 

 

 

 

 

 

Les données de Planck ont confirmé l’hypothèse de l’inflation.

 

 

En résumé, l’inflation :

·         Est compatible avec la Relativité Générale

·         Résout les problèmes

·         S’implémente correctement dans la théorie des particules.

·         Fait des prédictions vérifiables et vérifiées

·         Est compatible avec la théorie des cordes.

 

 

Alors pourquoi proposer un modèle alternatif ?

 

Notamment pour essayer de résoudre le problème de la singularité et de l’entropie.

 

Un modèle alternatif est un modèle basé sur un rebond, il est possible qu’une phase de contraction, suivie d’un rebond, ait eu lieu.

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Un Univers Sans Commencement (Rebond), article de Planète Gaia.

 

Cosmologie primordiale par P Peter IAS

 

Cosmologie primordiale (Nouvelle édition) ouvrage de P Peter et JP Uzan chez Belin.

 

 

 

 

 

Superbe colloque, public nombreux et présentations intéressantes.

 

 

 

 

Jean Pierre Martin .Président de la Commission de Cosmologie de la SAF.

www.planetastronomy.com

 

 

Abonnez-vous gratuitement aux astronews du site en envoyant votre nom et e-mail.