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- Mise à jour le 18 Mars 2012
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- CONFÉRENCE
MENSUELLE DE LA SAF
"LA NUIT N'EST PAS NOIRE!
RÉFLEXIONS SUR LES FONDS COSMIQUES"
- Maître de conférence
Orsay,
Au
FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
- Le Mercredi 14 Mars
2012 à 20H30
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- 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 complète, elle est disponible sur
ma liaison ftp et s'appelle
planck-dole.pdf , elle est dans le dossier
CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2011/2012)
- Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
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- Cette
conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible
sur Internet
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- Le compte rendu sera succinct étant donné que
la présentation est disponible au téléchargement.
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- Encore une salle bien pleine, merci de votre
assiduité !
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- Le conférencier nous propose ce soir de parler
des points suivants :
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Comprendre pourquoi la nuit est noire......
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Mais pas si noire que ça en fait
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Comprendre pourquoi étudier les rayonnements dans l’Univers nous
renseigne sur son histoire
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Parler du satellite Planck
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- POURQUOI
LA NUIT SEMBLE NOIRE.
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- C’est le fameux paradoxe
d’Olbers (connu aussi sous le nom de paradoxe de Chéseaux-Olbers).
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- Vu le nombre d’étoiles du ciel (si on
suppose qu’elles sont en nombre infini), la nuit devrait briller comme en
plein jour
- En effet, si, quelle que soit la direction dans
laquelle on porte son regard, nous trouvons une étoile, pourquoi le ciel
nocturne n'est-il pas uniformément brillant ? Et pourtant la nuit est
noire. Alors pourquoi???
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- Et bien c’est qu’en fait il y a ces trois
faits qui jouent sur ce paradoxe :
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La vitesse de la lumière est finie, certaines lumière d’étoiles
ne nous ont pas encore atteint.
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Les étoiles ne brillent pas éternellement, elles ont eu un début
et elles ont une fin, d’autre part il n’y a pas un nombre infini d’étoiles,
même si ce nombre est très grand.
- ·
L’univers est en expansion, ce qui dilue le rayonnement dans un
volume de plus en plus grand, et fait décaler les longueurs d’onde
lumineuses vers les grandes longueurs d’onde, vers le rouge (redshift).
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- On en déduit aussi qu’il existe un horizon
cosmologique, au delà duquel on ne peut rien voir.
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- Mais il existe aussi des émissions lumineuses
reliques correspondant par exemple au fond cosmologique ou au fond
extragalactique provenant de toutes les galaxies.
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- LA
GALAXIE SOUS DIFFÉRENTES LONGUEURS D’ONDE.
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- Sur ce poster de la NASA, on voit notre Galaxie
sous différentes longueurs d’onde, en partant en haut de la plus longue
(ondes radio) en passant par le visible (optical en anglais) et en allant
jusqu’aux rayonnements les plus énergétiques (très courtes longueurs
d’onde) en gamma.
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- Seulement dans le « visible » notre
Galaxie semble sombre, cachée par d’importants nuages de matière.
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- LE
RAYONNEMENT COSMOLOGIQUE.
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- Mais qu’est-ce donc ce fond cosmologique?
- C’est une radiation originelle des premiers
temps de l’Univers où celui-ci était dense et chaud.
- Elle avait été prédite par George Gamov, un
savant un peu facétieux qui ne fut pas pris au sérieux à son époque.
- C’est comme un bruit de fond qui occupe tout
l’espace, on le remarque lorsque votre Téléviseur est réglé entre deux
chaînes; la neige provient en partie du CMB
- Ce
sont les restes du feu originel, les cendres de ce foyer brûlant.
Ils ont été émis il y a 380.000 ans quand la température chuta à
approximativement 3000K. les photons ne pouvaient plus se combiner avec
d’autres particules, ils étaient libres de se propager enfin dans
l’espace. C’est ce que l’on appelle la recombinaison.
- Ces radiations ont perdu de leur puissance (redshift)
et se trouvent maintenant dans le domaine des……micro-ondes.
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- Et on a un problème avec ce rayonnement que
l’on a pu observé :
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- Tous
les points du ciel (bleus et rouges) ont la même température (2,725K) à
100 µK près!!!
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- Ce bruit de fond s’appelle aussi surface de
dernière diffusion.
- Pourquoi ce nom ? L’Univers primordial
est opaque, c’est une soupe de particules qui s’agitent se combinent et
se recombinent en fonction de la température. Les photons n’ont pas la
possibilité de s’échapper, ils sont immédiatement combinés à
d’autres particules (les électrons), combinaison qui se fait
principalement par diffusion
Thomson (qui est un cas
particulier de la diffusion
Compton).
- La température baissant avec le temps qui
passe, l’Univers devient moins dense, les électrons peuvent enfin se
combiner avec des noyaux de H ou He pour former des atomes. Les photons sont
libres de se propager, l’Univers devient transparent ; c’est
l’image de cette première propagation que l’on voit dans le CMB.
- La diffusion Thomson ne se produisant plus, le
nom de surface de dernière diffusion a été donné à cette époque.
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- Une analogie avec la surface du Soleil.
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- C’est la même physique qui régit les deux
phénomènes.
- À gauche la surface du Soleil, à droite
l’image du CMB.
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- Le Soleil est un plasma où les photons
internes mettent plus de 1 million d’années à sortir (à cause de l’énorme
densité de matière, comme pour le CMB où ils ne peuvent pas sortir avant
380.000ans).
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- Les courbes situées en dessous représentent
comment l’énergie se réparti en fonction de la taille angulaire.
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- C’est aussi la taille des vibrations de l’Univers
primordial.
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- L’analyse
de ce bruit de fond cosmologique donne aussi une indication de la
composition de l’Univers, car ces vibrations dépendent de la masse et la
composition.
- On
en déduit l’Univers en chiffres très précisément à quelques % près.
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- Mais
tout n’est pas résolu :
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On ne sait
pas ce qu’est la matière noire
- ·
On ne sait
pas ce qu’est l’énergie noire.
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- On
compte beaucoup sur les données du satellite Planck pour améliorer nos
connaissances en ce domaine, il devrait être plus de 50 fois plus précis
que WMAP et 1000 fois plus précis que COBE.
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- LE RAYONNEMENT
EXTRAGALACTIQUE.
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- L’Univers
est rempli de galaxies qui nous envoient leurs différents rayonnements dans
différentes longueurs d’onde représentées sur le graphique ci-dessous.
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- Le
fond extragalactique (EBL) caractérisé par :
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Rayonnement
50 fois moins intense que le CMB
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Son maximum
est dans l’Infra Rouge lointain
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C’est
l’histoire des galaxies.
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- Le
plus intense (après le CMB) est le fond Infra Rouge (CIB : cosmic
Infrared Background) puis le fond optique.
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- À
l’échelle de l’Univers ce ne sont pas la lumière visible des étoiles
qui dominent au point de vue rayonnement.
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- L’OBSERVATOIRE SPATIAL
PLANCK.
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- L’histoire
de Planck et ses dernières infos vous sont révélées
sur ce site périodiquement.
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- Les
premiers dessins concernant Planck datent de …1993, et il fut
effectivement lancé en Mai 2009 !
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- Le
satellite PLANCK d'une hauteur de 4,2 mètres et d'un diamètre maximum de
4,2 mètres, a une masse au lancement d'environ 2 tonnes. Le satellite
comprend un module charge utile et un module de service.
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- La
charge utile PLANCK comprend :
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un télescope
grégorien de 1,75 x 1,5 m, équipé d'un miroir primaire et d'un miroir
secondaire qui collectent les radiations micro-onde et les dirigent sur le
plan focal des instruments, et d'un baffle de protection.
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les plans
focaux cryogéniques des deux instruments HFI et LFI,
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les systèmes
de refroidissement : 36.000 litres de He4 et 12.000 litres de He3,
aboutissant à un refroidissement de 0,1K, c’est le point le plus froid de
l’Univers !
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Le module
de service héberge :
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les systèmes
pour la génération et le conditionnement de l'énergie,
le contrôle d'attitude,
la gestion des données et les communications,
les parties chaudes des instruments scientifiques (HFI et LFI).
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- Le
refroidissement , une prouesse
technologique française, se produit en plusieurs étapes :
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Un
refroidissement passif d'abord pour amener à 50K
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Un
refroidissement par adsorption qui amène à 18K
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Un étage
de compresseurs : 4K
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Et
finalement le réfrigérateur à dilution He3/He4 qui amène au 0,1K
recherché.
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- Et
comme le dit H Dole : Planck is very cool !!!
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- Il
doit effectuer un relevé du ciel en 5 à 6 mois, on espère pouvoir
cumuler 4 ou 5 relevés dans sa durée de vie.
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- Les
détecteurs sont
des bolomètres analogues à des capteurs de température, ce sont eux
qui nécessitent un tel refroidissement, car c’est aux alentours de 0,1K
qu’ils sont le plus sensibles.
- Ils
sont fabriqués sous la responsabilité de l’IAS à Orsay.
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- Certaines
images du ciel commencent à sortir pour le public, mais les premiers résultats
cosmologiques devraient sortir en 2013.
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- Le
problème de Planck, c’est en fait le grand nombre de données qu’il
faut recueillir et traiter.
- Elles
sont reçues à l’IAS et traitées à l’IAP
Data Processing Center.
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- Salle
de réception des données à l’IAS (photo © Hervé Dole).
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- Les
dernières découvertes de Planck.
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- POUR ALLER PLUS LOIN.
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- Robert
Wilson :
Sur la découverte du CMB 15 Jan 2009 UNESCO. (30/01/2009)
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- Les
anisotropies du CMB :
CR de la conférence de R Durrer à l'IAP du 11 Juillet 2006
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- L’Univers
en accélération :
CR de la conférence du Prix Nobel S. Perlmutter du 17 dec 2011 (29/12/2011)
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- Le
Big Bang pour les nuls : CR de la conf. de JP Martin aux RCE 2010 le 13 nov 2010. (03/12/2010)
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- The
multiwavelength milky way.
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- L'évolution
des galaxies révélée par Spitzer :
CR de la conf. de H Dole à la SAF du 17 Mai 2006.
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- La
nuit n’est pas noire :
CR d’une conférence version précédente de H. Dole aux RCE 2010 le 14
Nov 2010. (25/12/2010)
-
- Les
anisotropies du CMB : CR de la conférence de R Durrer à l'IAP du 11 Juillet 2006
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- Développement
de la réfrigération à dilution 3He-4He en cycle fermé
pour les futures missions scientifiques en satellite
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- L'histoire
de l'Univers, graphique NASA.
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- Le
site français de Planck HFI.
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- Bon ciel à tous
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- Jean Pierre Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
- www.planetastronomy.com
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