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- Mise à jour le 11 Novembre 2012
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- CONFÉRENCE
"LES PREMIÈRES GALAXIES DE L’UNIVERS"
- Par
Françoise COMBES
- Astronome au LERMA, Observatoire de Paris
- Pour les RCE 2012
Cité des Sciences de Paris
- Le 2 Novembre 2012
à 10H45
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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.
- REMARQUE : Les comptes rendus des conférences
sont mis en ligne au fur et à mesure.
- L’AFA mettra aussi les présentations des
conférenciers en ligne sur leur
site.
- 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
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- Françoise
Combes est astronome à
l'Observatoire de Paris, au département
du LERMA : Laboratoire d'Étude du Rayonnement et de la Matière
en Astrophysique.
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- Elle est spécialiste de la matière noire et
de l'évolution des galaxies; sujets principaux de la conférence de ce
soir.
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- La connaissance des premières galaxies de l’Univers
a énormément évoluée grâce notamment au télescope spatial Hubble.
- Les champs profonds (HDF)
et ultra profonds (HUDF)
ont permis d’identifier presque tous les stades de formation des galaxies
à différentes époques.
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- Hubble nous permet de regarder en direct l’évolution
des galaxies.
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L’évolution
de l’Univers et des galaxies depuis le Big Bang, du haut vers le bas.
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- La recombinaison (formation des premiers
atomes) se produit au bout de 380.000ans et laisse le CMB comme trace
actuelle.
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- La ré-ionisation de l’Univers commence à se
produire pendant les âges sombres, les premiers quasars se forment (noyaux
très actif de galaxie) elle se termine vers 1 Milliard d’années (1 Ga).
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- Les galaxies vont
évoluer pour aboutir au monde actuel composé de :
- ·
72% d’énergie noire,
- ·
28% de matière noire et brillante (dont 5% de baryons dont nous
somme faits)
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- La matière noire s’effondre avant les
baryons, les premières
galaxies sont donc des galaxies de matière noire.
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- Les
galaxies se forment avant les étoiles !
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- La matière noire est donc indispensable !
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- Comment sonder ces objets si lointains ?
- Il se trouve que la physique nous aide, tous
les nuages de matière entre ces objets et nous, absorbent la raie de l’Hydrogène
neutre (raie Lyman alpha)
en UV 121,6nm.
- L’hydrogène neutre est aussi détecté par
la fameuse raie de 21cm correspondant à l’inversion du spin de l’électron.
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- En fait, ces différentes absorptions de raies,
permettent de sonder l’Univers.
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- En sélectionnant la présence ou non d’H
neutre (marqueur du milieu interstellaire) grâce à des filtres, on peut se
rendre compte du stade d’évolution des galaxies ; l’H neutre
disparaît avec la création de galaxies.
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- Au cours des millions d’années on passe de HI
(neutre) à HII
(ionisé).
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- J’ai trouvé sur le site du télescope
japonais Subaru une belle représentation de l’Univers en tenant compte de
l’Hydrogène ionisé ou non, la voici :
- (crédit NAOJ)
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L’utilisation
de filtres laissant passer plus ou moins les raies caractéristiques de l’Hydrogène,
est une technique de détection des galaxies lointaines (voir aussi la conférence
de D Kunth).
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- Les plus petites structures se forment en
premier, et c’est par fusion et accrétion que des ensembles plus massifs
se forment.
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- Donc plus on avance dans le passé, plus on découvre
de galaxies de moins en moins massives.
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- Les galaxies se regroupent dans des
concentrations filamenteuses (les filaments cosmiques) ; entre ces
filaments il existe de grands vides.
- Ces filaments sont comme une toile d’araignée
contenant des galaxies et où les amas de galaxies se forment aux
croisements.
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- On recherche la première galaxie, on a des
pistes vers z=10, mais il faudra attendre le nouveau télescope spatial JWST
pour pouvoir progresser.
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- Pour le moment l’objet le plus lointain est un
sursaut gamma (GRB) situé à z= 9,4 soit approx 500Ma après le BB.
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- On remarque sur cette courbe que plus on avance
dans le temps, plus les objets lointains que l’on découvre sont des GRB,
alors que dans les années 1960, on découvrait plutôt des Quasars ou des
galaxies.
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- Taux de formation d’étoiles par an et par
galaxie (courbe coin inférieur droit)
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- Le taux de formation d'étoiles a traversé un maximum vers l'époque z=2, c’est à
dire lorsque l'Univers avait 20% de son âge actuel
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- Taux de formation d’étoiles : Star
Formation Rate en anglais
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(Merci
à FC pour les explications qui suivent) :
- Cette diapo montre la distribution d'énergie
émise par une galaxie en fonction de la longueur d'onde (label en haut), ou
de la fréquence (label en bas).
- En quelque sorte c'est le spectre de l'émission continue d'une galaxie
(on appelle ce diagramme SED (Spectral Energy Distribution).
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- À gauche de la droite verticale en pointillé
rouge (1mm) il s'agit du domaine radio, et l'émission est due au
rayonnement synchrotron essentiellement, soit des supernovae du starburst,
soit d'un éventuel AGN (trou noir supermassif)
- À droite de cette droite verticale, la
bosse de l'émission est due à la poussière chauffée par les étoiles,
c'est un rayonnement thermique presque de corps noir (on dit un corps gris),
donc la fonction de Planck en gros.
- On ne représente pas sur ce diagramme le
rayonnement optique des étoiles, qui sortirait de l'épure vers la droite.
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- Pour ces galaxies, l'essentiel de l'énergie est émise dans l'infrarouge lointain,
donc par la poussière, et le pic de l'émission est a 100 microns de
longueur d'onde. La courbe la
plus haute est pour la galaxie Arp220, a z ~ 0.1, donc une galaxie locale
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- On s'exerce ensuite de mettre Arp 220 à
plusieurs distances. Que verrait-on si Arp220 était a z=0.5, 1, 3, 5 10, ce
sont les diverses courbes qui suivent avec leur z (leur distance) annotée
à chaque courbe.
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- Il y a 2 effets, d'abord plus la galaxie est
lointaine, plus son flux diminue, ce qui est normal (la courbe baisse).
- Mais le 2eme effet, est le décalage vers le
rouge, donc vers la gauche.
- On voit bien que le pic a 100microns se décale
progressivement, et c'est la que l'on comprend qu'a la longueur d'onde de
1mm, la courbe pointillée rouge verticale, toutes les courbes se rejoignent
avec presque la même intensité.
- Et même, a z=10, la courbe est supérieure
a celle de z=1.
- Donc
ce phénomène est très intéressant.
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- On
peut détecter avec la même intensité les galaxies lointaines et les
galaxies proches,
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- Même parfois les galaxies lointaines
sont plus brillantes que les galaxies proches.
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- Le
domaine millimétrique est donc idéal pour détecter les galaxies
lointaines, d'ou ALMA.
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- POUR ALLER PLUS LOIN :
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- La
formation des galaxies : CR
de la con.SAF de F Combes du 11 Janvier 2012
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- La
matière noire :
CR conf. de F Combes SAF/AFA le 15 Juin 2009.
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- La
matière noire et peut on s'en passer :
CR de la conférence de F Combes à la SAF le 26 janv 2008
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- Lyman
Alpha Forest
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- Discovery
of the Most Distant Galaxy in the Cosmic Dawn
par Subaru
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- Les
filaments cosmiques représentent la moitié de la masse de l'Univers
par le CNRS.
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- Observer
la structure à grande échelle de l'univers lointain par
l’IRFU.
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- Bon ciel à tous
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- Jean Pierre Martin
commission de cosmologie de la SAF
- www.planetastronomy.com
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