Mise à jour le 19 Janvier 2009
 
AMA09
Conférence de Robert WILSON sur
LA DÉCOUVERTE DU CMB
UNESCO  PARIS 15 JANVIER 2009
 
Photos : JPM et DB. 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 si nécessaire.
D'autre part le site de l'AMA09 m'a fait l'honneur de mettre quelques unes de mes photos en ligne dans un diaporama.
Je signale que tous les discours et toutes les conférences ont été filmées et sont disponibles en vidéo sur ce site.
 
REMARQUE : Les comptes rendus des conférences sont mis en ligne au fur et à mesure
Vous vous en apercevrez en allant voir la page du compte rendu général de temps en temps à l'index "conférences", je signalerai les mises en ligne dans la fenêtre des mises à jour du site
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
Tout le monde connaît Penzias et Wilson qui ont découvert le bruit de fond cosmologique dans les années 1960 ce qui les a conduit à un prix Nobel en 1978.
 
On voit ici leur photo au moment de leur découverte, R Wilson à gauche et A Penzias à droite.
 
 
 
Et bien Robert Wilson était à cette cérémonie d'ouverture et nous a fait l'honneur de nous parler de cette découverte.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Robert W Wilson est en poste maintenant au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics situé à Cambridge dans le Massachusetts aux USA.
 
 
La présentation de R Wilson est en trois parties.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L'ÉTAT DE LA COSMOLOGIE AU DÉBUT DU XXème SIÈCLE.
 
Einstein publie en 1915 la Relativité Générale (RG) qui va être l'outil pour essayer de comprendre la structure de l'Univers.
 
On se posait toujours la fameuse question du paradoxe de Olbers : pourquoi la nuit est-elle noire? Alors qu'avec le nombre énorme d'étoiles réparties dans toutes les directions, elle devrait briller comme en plein jour.
Cela semblait indiquer un univers fini, mais Einstein ne voulait pas tenir compte de ce fait, et à cette occasion il introduisit sa fameuse "constante cosmologique" pour rendre l'Univers statique comme on le pensait à l'époque.
 
Mais vers 1925 Edwin Hubble montre d'abord que la "nébuleuse" d'Andromède est une galaxie séparée de la nôtre, on croyait en effet à l'époque qu'il n'y avait qu'une seule galaxie, la nôtre.
Ensuite vers 1929, il montre que les galaxies s'éloignent de nous à une vitesse de plus en plus grande lorsqu'elles sont de plus en plus loin.
L'Univers semble être en expansion!!!
 
On introduit à cette occasion la notion de redshift (décalage vers le rouge) de la lumière des galaxies lointaines, due à un effet Doppler sur cette lumière qui se déplace par rapport à nous.
 
Hubble mesure aussi la "constante" correspondante au déplacement des galaxies lointaines, que l'on va appeler la constante de Hubble.
 
Mais les instruments n'étant pas performants et le nombre de points de mesure faible, les premières valeurs de cette "constante" sont faibles, en fait elles donneraient un âge de l'Univers (calculé à partir de l'inverse de cette constante) inférieur à l'âge de la Terre, donc problème.
 
À cette époque, on (G Gamov) commençait à imaginer qu'une certaine matière invisible tenait les galaxies ensemble par gravitation, c'est la notion de matière noire qui commence à apparaître.
 
Voilà où l'on en est en ce milieu de XXème siècle.
 
 
 
LES BELL LABORATORIES.
 
Le choc du Spoutnik de 1957 passé, la NASA et les Bell Labs proposent de lancer un ballon en mylar aluminisé comme réflecteur d'ondes pour effectuer des communications transatlantiques. C'est le fameux ballon Echo de 25m de diamètre que l'on peut voir sur cette photo de la NASA.
 
Les Bell Labs utilisèrent ce ballon comme premier satellite de communication.
 
Le signal provenant de ce ballon étant faible, il fallait améliorer le rapport signal sur bruit.
 
À cet effet on allait mettre en œuvre deux inventions des Bell Labs :
·        un MASER à rubis comme amplificateur
·        un détecteur en forme de cornet acoustique pour "écouter" le signal de l'espace, l'antenne de Crawford Hill dans le New Jersey.
 
Les premiers essais avec la voix du Président Eisenhower eurent lieu avec succès en 1960.
 
Puis on lance le premier vrai satellite de communication, Telstar en 1962.
 
 
 
C'est là que Robert Wilson intervient.
 
Spoutnik a été lancé durant son premier semestre d'étude au Caltech, il se lance dans la radio astronomie en participant à la construction d'un interféromètre dans la Owens Valley.
 
Son professeur de cosmologie est Fred Hoyle, et Wilson trouve le système de l'Univers statique (steady state Universe) élégant à cette époque.
 
Ayant terminé son doctorat (PhD en anglais), il est embauché par les Bell Labs à Crawford Hill dans le New Jersey (côte Est) en 1963.
C'est dans ce lieu que les projets Echo et Telstar avaient été conçus.
Arno Penzias avait été embauché, lui un an plus tôt à la fin de sa thèse de radio astronomie.
 
Mais pourquoi donc les Bell Labs, engagent ils des radioastronomes?
 
La réponse ; les Américains sont toujours très ouverts et les Bell Labs sont un monument technologique à l'époque, si bien qu'ils engagent souvent du personnel non conventionnel, dans un sens de recherche pure.
 
Nos deux amis s'intéressent à l'atmosphère et l'utilisation de l'antenne de 20 pieds à faible bruit située dans le New Jersey leur paraît attractive.
 
Ils voulaient l'utiliser pour mener à bien diverses mesures :
·        Mesurer la puissance d'émission du 4GHz de Cassiopée A
·        Mesurer le halo d'émission vers 1,42GHz de la galaxie et établir un niveau zéro de radiation de la galaxie (pour terminer la thèse de R Wilson!)
·        Rechercher l'Hydrogène atomique dans les amas de galaxies (thèse de A Penzias!)
 
À cet effet, ils construisirent le détecteur le meilleur possible en fabriquant une source de référence à l'Hélium liquide à très faible bruit (Penzias) et en améliorant l'électronique correspondante (Wilson).
 
 
 
LA DÉCOUVERTE DU BRUIT DE FOND COSMOLOGIQUE.
 
Après les premières mesures, grande déception : l'antenne était "trop chaude", il y avait un rayonnement de 3,5K qui traînait et qui gênait les mesures et surtout qui ne pouvait pas être expliqué.
 
Ils passèrent plus de 9 mois à essayer d'améliorer l'antenne (nettoyage, suppression des pigeons, épisode connu de tous etc..) mais rien n'y faisait, il y avait bien un bruit résiduel qui restait présent et l'équipement électronique était parfait, cela ne venait pas de là.
 
Et un jour, Arno Penzias appela Bernie Burke, un radio astronome au MIT, qui le mit en relation avec Bob Dicke à Princeton, spécialiste radar et expert en radio astronomie et qui recherchait des reliques du Big Bang comme prévu par la théorie.
(C'est George Gamow qui eut le premier l'intuition de ce rayonnement résiduel)
 
C'était exactement ce qu'il cherchait, il venait d'être doublé par Penzias et Wilson sans le savoir.
Robert Wilson nous signale qu'à cet instant B Dicke eut le commentaire suivant : "Boys, we've been scooped!", ce que l'on pourrait traduire par : les enfants on a été doublés!
 
Ils publièrent un article sur le sujet, la presse en pris possession (New York Times) et le monde entier compris que l'on venait de trouver une signature du Big Bang avec ce rayonnement isotrope basse température.
On prenait enfin la cosmologie au sérieux!
 
 
Les confirmations de cette découverte allaient suivre à grande vitesse, la théorie de l'Univers statique de Fred Hoyle allait mourir peu à peu.
 
On perfectionnait de plus en plus la mesure du CMB.
 
Les résultats étaient de plus en plus acceptés et confortaient maintenant le nouveau paradigme du Big Bang.
 
 
 
Penzias et Wilson eurent le prix Nobel de Physique en 1978 pour cette découverte.
 
Puis ce furent les satellites COBE et WMAP qui mesurèrent ce bruit de fond avec de plus en plus de précision en attendant le lancement de Planck en Avril 2009.
 
 
Merci Bob, pour cet intéressant retour en arrière sur cet épisode qui a marqué la cosmologie.
 
 
Il a bien voulu poser à mes côtés pour cette photo inoubliable, et je l'en remercie.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Le test du Big Bang par la NASA avec COBE et WMAP. (en anglais)
 
Présentation sur le ballon Echo en pdf.
 
Ed Wright sur le CMB. (en anglais)
 
Superbe présentation en power point sur notre place dans l'Univers. (anglais)
 
Article pdf sur l'Histoire de la théorie du « Big Bang » par Sylvain Picard de la Société d’astronomie du Planétarium de Montréal (SAPM) – automne 2008
 
 
The expansion of The Universe and The Cosmic Microwave Background par Michael Way NASA/GISS & NASA/Ames (anglais)
 
Les archives cosmologie sur ce site.
 
Le livre en ligne de Jean Pierre Luminet du LUTH (Obs de Paris) sur l'invention du Big Bang qui revient sur ces notions.
 
 
EXTRAIT d'un article commentant la présentation au monde de la découverte du CMB :
“Walter Sullivan, a Times science writer, had heard about the detection of the cosmic microwave background from an editor at the Astrophysical Journal. He called [Arno] Penzias for the details. Neither Penzias nor Wilson had thought much would come of Sullivan's call. In his article, Sullivan correctly explained the importance of Penzias and Wilson's discovery of isotropic radiation at approximately 3º Kelvin with a wavelength of just over 7 centimeters: the fact that the radiation was isotropic meant it was the same across the sky. This was precisely what those astronomers who supported the Big Bang hypothesis had expected.
“Radiation that was a remnant of the Big Bang, which had occurred everywhere in the universe at once, should have been of equal intensity everywhere. Of course, a measurement at only one frequency could not prove conclusively that the radiation was blackbody radiation from the Big Bang (a finding that would not occur for twenty-five years). The discovery by the Bell Labs scientists soon was confirmed by the Princeton team had to a shorter wavelength. The blackbody nature of the background radiation was something Big Bang astronomers also expected. As we've already seen, this kind of radiation occurs whenever particles collide in a thermal equilibrium of the kind that might occur inside a black box. The Big Bang should have produced extremely intense particle collisions. Most cosmologist—not including Fred Hoyle, of course, and the other who still believe in a steady-state universe—were now believers: a huge amount of blackbody radiation had been produced during the earliest moments of the universe and was still present in a sufficient quantity to detect (the test of its blackbody spectrum being, of course, one of the most important reasons for flying the COBE).
“Robert Wilson met George Gamow for the first and only time in December 1965 at a hotel in New York City during the annual Texas symposium on Relativistic Astrophysics. By then the discovery of the background radiation was already well established not only in astrophysical circles but in the public mind as well. Even the reluctant Wilson had started becoming a believer. Gamow seemed somewhat upset over the fact that no credit had been given him for the early theoretical prediction of the cosmic background temperature, Wilson recalled. ‘If I lose a penny and someone finds it in the same place where lost it, then I still know it's my penny even if I can't prove it.’ Gamow told Wilson. Wilson was dumbfounded. This was a first time he learned that anybody other than Dicke and Peebles had worked out a theoretical scheme that would account for their famous accidental discovery with the horned antenna. Whether Gamow at the time sought scientific credit for himself or his colleagues Alpher and Herman is not clear. Gamow himself had not published a word about the background radiation before Alpher and Herman's 1848 paper, contrary to what has been written in many popular accounts, including one by Peeples and Wilkinson published by 1983.
“A 1948 paper in Nature by Gamow, widely cited as the first theoretical prediction of a 10º – Kelvin background temperature, was concerned with primordial nucleosynthesis and early galaxy formation. It made no mention of background radiation. In any event, by early 1967 Gamow and his colleagues, Alpher and Herman, had become ‘very perturbed by how our early work continued to be ignored.’ Gamow suggested to Alpher and Herman that they try to set the historical record straight. They made the attempt in a lengthy article the three wrote the same year. Their choice of journals, Proceedings of the National Academy of Sciences, was unfortunate because it is a publication for all scientists and not for one specific discipline, which is what really interests any scientist with his salt. The piece documented Alpher and Herman's theoretical work on the cosmic background radiation in the 1940's as well as their joint efforts with Gamow on galaxy and star formation. But almost no astronomers were physicists read it with. Gamow lived out his life in relative obscurity at the University of Colorado in Boulder. He died in 1968, still believing he had not received due credit for his early work on the origin of the universe. By the mid-1970s Big Bang cosmology was almost universally established in the minds of astrophysicist and theorists. In the summer of 1978, Penzias read an article in Omni magazine stating that he would be awarded the Nobel Prize.”
— John C. Mather, John Boslough, The Very First Light, New York: Basic Books, 1996, pp. 62-64.
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin  
www.planetastronomy.com