-
-
- Mise à jour le 18 Mars 2014
-
- CONFÉRENCE de
Michel PIAT
- APC
(Astro Particules et Cosmologie)
- «Évolution de
l’instrumentation pour l’observation du CMB :
de Penzias et Wilson à la mesure des anisotropies polarisées»
- Organisée par la
SAF
- Dans ses locaux, 3
rue Beethoven, Paris XVI
-
- Le Samedi 15 Mars
2014 à 15H00
à l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie.
-
- 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 si nécessaire
- (Le conférencier a eu la gentillesse de nous
donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le site
de la commission et également disponible sur
ma liaison ftp au téléchargement et s'appelle. SAFcosmo
15 mar14 MPiat.pdf elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la
saison 2013-2014).
- Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
- Pour info les actualités cosmo présentées ce
jour là sont aussi disponibles sur le
site de la commission.
-
-
-
- BREF COMPTE RENDU
- La présentation nous ayant été donnée par
le conférencier et étant très claire et très complète ce compte rendu
sera succinct.
-
-
- Il semble que la nouvelle disposition de la
salle satisfasse tout le monde,
mais maintenant ce sont les chaises qui vont poser problème.
-
-
-
-
-
Michel
Piat est comme il le dit si bien un « instrumentaliste » il met
au point des instruments permettant de caractériser le bruit de fond
cosmologique (CMB).
- Il est actif à l’APC qui dépend de Paris 6
Diderot.
-
- La polarisation du CMB est un des prochains
challenges de l’astrophysique. En effet une mode de polarisation (B)
serait l’indice de l’existence des ondes gravitationnelles que tout le
monde recherche. (info
de dernière minute : ondes
que l’on vient de trouver)
-
- Il commence cet exposé avec les différents
instruments pour caractériser le CMB, puis un historique et enfin la mesure
de la polarisation.
-
-
-
-
-
- COMMENT
MESURER LE RAYONNEMENT FOSSILE (CMB).
-
- Rappelons que le CMB a été émis 380.000
ans après le Big Bang lorsque la température de l’Univers avait
baissé (300K) et laissait enfin passer les photons qui n’étaient plus
obligés de se combiner avec d’autres particules.
-
-

- Cette émission était celle d’un corps noir
(à l’époque donc 3000K soit un facteur de décalage redshift de 1100) et
correspond toujours à notre époque actuelle à un corps noir mais dont la
température a chuté à approx 3K.
-
- Ce qui était à l’origine dans le domaine du
visible (bien qu’il n’y ait eu personne pour le voir !!) est
maintenant dans le millimétrique (maxi autour de approx 2mm
150 GHz).
-
-
-
-
-
-
-

-
- Mais si on veut s’intéresser à ce
rayonnement « fossile », il faut aussi tenir compte des autres
rayonnements présents à notre époque.
-
- On voit que le CMB domine largement.
-
- (le
CIB = Cosmic IR Background : fond infra rouge).
-
- Le
CMB se trouve approx dans le domaine 1 à 500GHz .
-
-
-
-
-
-
-
- Dans
ce domaine, deux méthodes de détection dominent :
- ·
Détection radio :
nécessite une électronique HF, refroidissement à 4K nécessaire ;
mais les mesures seront limitées en sensibilité.
- ·
Détection thermique (bolomètres) :
super thermomètres qui mesurent l’échauffement dû à l’absorption du
rayonnement ; extrêmement bonne sensibilité mais nécessitent un
refroidissement à 0,3K !!! Instrumentation lourde mais performante.
Voir les bolomètres
Spiderweb du Caltech.
-
-
-
- HISTORIQUE DES MESURES DU
RAYONNEMENT FOSSILE.
-
- Dans
les années 1964-1965, tout le monde connaît l’aventure de Penzias et
Wilson aux Bell Labs avec la grande antenne du New Jersey, voir
le récit que nous en faisait il y a quelques années Bob Wilson à
Paris.
-
- Ce
sont eux qui ont mis le doigt sur ce qu’ils considéraient comme une
anomalie mais que recherchaient activement leurs collègues du MIT (dont
Dicke). Cela amena un commentaire célèbre du MIT : « Well
boys, we have been scooped » (les enfants, ils nous ont .. eu !)
- Pour
la découverte de ce rayonnement mesuré à l’époque à 3,5K, ils furent
récompensés par le Prix Nobel en 1978.
- Gamov
avait donc raison, il avait prédit l’existence d’un tel rayonnement. Et
il est très constant et homogène à première vue.
-
-
-
-
- Michel
Piat, nous signale que l’on peut détecter le CMB dans son jardin avec un
équipement relativement simple : une parabole satellite, mais aussi
(un peu moins simple) un peu d’azote liquide.
-
-
- Voici
ce qu’a obtenu notre conférencier avec ses étudiants.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
- Suite
à cette découverte, on se mit à mesurer avec plus de précision ce
rayonnement, et pour cela il fallait aller dans l’espace.
- Plusieurs
missions de plus en plus performantes se succédèrent.
-
-
-
- COBE (Cosmic Background
Explorer 1989) :
équipé de 4 bolomètres à 1,5K, il mesure avec une plus grande précision
ce bruit de fond : 2,725K +/- 0,002K. Les anisotropies sont de
l’ordre de 0,001%. John Mather et George Smoot obtiennent pour cela le
Nobel de Physique en 2006.
-
- On
s’intéresse à ces anisotropies, en traçant le spectre
de puissance qui est en gros la quantité de fluctuations classées en
fonction de leur taille, comme on le voit sur la diapo ci-contre.
- On
en déduit des contraintes pour le modèle d’Univers.
-
-
-
-
-
-
- Des
expériences avec des ballons
stratosphériques viennent compléter ces mesures, comme Boomerang
ou Archeops (23 bolomètres refroidis
à 0,1K, en fait un démonstrateur de la futur mission Planck).
-
- Les
résultats des expériences des ballons montrent que le premier pic sur le
spectre de puissance est clairement visible. Les cosmologistes en déduisent
les constantes de l’Univers (voir illustration) avec la conclusion : l’Univers est plat ! (Omega total = 1
donc pas de courbure). La position du premier pic est une mesure de Omega
Total.
-
-
-
-
-
-
- L’expérience Qubic
avec son interféromètre
DASI, met en lumière qu’environ 10% des photons du CMB sont polarisés
-
- Puis
en 2001 WMAP
vient remplacer COBE dans l’espace, il est positionné en L2.
- Il
est plus performant, il comporte des détecteurs refroidis à 50K. il
mesure des anisotropies de 400µK.
-
-
-
-
- Et enfin Planck, vint !
(lancement
14 Mai 2009 en L2)
- Michel
Piat, nous montre un document exceptionnel : le premier concept de
Planck griffonné sur du papier le 10 Avril 1993 par son concepteur Jean
Michel Lamarre.
-
- Nos
lecteurs connaissent bien cette
mission, nous l’avons souvent évoquée.
-
- Beaucoup
de nouveautés à bord : 52
bolomètres du Caltech ultra sensibles, à 0,1K !!! avec un nouveau
système de refroidissement à plusieurs étages.
-
-
-
-
-
-
-
-
- Les
données brutes de Planck.
-
- Les
pics erratiques proviennent des rayons cosmiques.
-
- Les
petits pics réguliers proviennent de notre Galaxie (le satellite tourne sur
lui même en une minute et donc voit notre Galaxie toutes les 60 secondes.)
-
- Les
données de Planck ont été explicitées dans ce rapport
de la réunion de fin d’embargo du 21 mars 2013..
-
-
-
-
-
- Un
des résultats fondamentaux de Planck est la confirmation du modèle actuel.
- Un
paramètre important est le facteur ns
qui représente l’indice spatial des fluctuations scalaires. Il vaut 0,96
et non pas 1
- Ce
facteur représente la taille des grumeaux à différentes échelles dans
l’Univers primordial ; s’il était égal exactement à 1 , les
grumeaux auraient tous la même taille ; ce qui serait contraire à la
théorie de l’inflation, il fallait en fait que ce facteur soit aux
alentours de 0,96. Planck en apporte la preuve pour la première fois.
- C’est
un résultat fondamental qui
confirme la prédiction de l’inflation.
-
-
-
- MESURE PRÉCISE DE LA
POLARISATION DU CMB .
-
- L’origine
de cette polarisation provient de la diffusion Compton des photons avec les
électrons au moment du découplage rayonnement matière. En gros 10% des
photons deviennent polarisés.
-
- NdlR :
Sans rentrer dans d’autres détails plus compliqués, la polarisation du
signal du CMB a deux
modes de propagation : les modes E (E comme champ électrique) et B (B comme
symbole du champ magnétique, mais ce n’est qu’une analogie) qui sont de
différentes parités (E est paire et B est impaire).
- Ces
deux modes contiennent des informations complémentaires sur l’Univers
aussi bien à son début qu’aujourd’hui.
- D’après
les astrophysiciens, les
composantes B sont la signature d’ondes gravitationnelles primordiales
produites lors de l'inflation.
- Ce
sont ces ondes qui ont imprimé ce mode B dans la polarisation du CMB.
- Ce
sont les plus difficiles à détecter.
- Ces
ondes B sont aussi produites par le passage du rayonnement près de galaxies
avec l’effet de lentilles gravitationnelles.
- Nota :
c’est ce mode B que le télescope
en Antarctique BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic
Polarization ) vient de détecter et qui a été annoncé le 17 Mars
2014(voir les prochains astronews).
-
-
-
-
- Ces
modes de polarisation vont entraîner une contrainte des paramètres
cosmologiques.
-
-
- On
voit ici une simulation sur la polarisation dues aux mesures de Planck.
-
-
- Des
nouvelles de Planck sur la polarisation devraient nous être communiquées
vers la fin de l’année.
-
-
-
-
-
-
-
- Comment
améliorer ces mesures de polarisation ?
-
- Avec
un nouveau projet : CorE : Cosmic
Origins Explorer.
-
- Cette
mission prévoit l’emploi de matrices de bolomètres supra conducteurs à
plusieurs milliers de pixels.
-
- Le
projet a été soumis à l’ESA.
-
-
-
-
-
-
-
-
- En
conclusion, nous entrons dans l’ère de la cosmologie de précision, les
paramètres cosmologiques sont connus au pour cent près !
-
- La prochaine étape est la
caractérisation précise du mode B primordial de polarisation du CMB.
-
- C’est
d’après notre conférencier, un véritable défi instrumental.
-
-
-
-
-
- POUR ALLER PLUS LOIN :
-
-
- Planck
et la polarisation notamment, à l’APC.
-
- Thèse
de M Piat sur l’instrumentation du CMB
.
-
- Développements
instrumentaux dans le domaine (sub-)millimétrique pour les observations
astrophysiques par M Piat.
-
- Polarization
experiments par M Piat et collègues.
-
- Toutes
les infos sur Planck sur votre site préféré.
-
- Use
of High Sensitivity Bolometers for Astronomy: Planck High Frequency
Instrument par JM Lamarre et M Piat.
-
- Herschel :.Il
participe lui aussi au décryptage du CMB
-
- Uncovering
CMB B-mode with Planck par Chris Crowe
présentation pdf.
-
- BICEP
au Caltech.
-
- CorE
la définition du projet pour l’ESA.
-
-
-
- Jean Pierre Martin
SAF Président de la Commission de Cosmologie
- www.planetastronomy.com
- Abonnez-vous
gratuitement aux astronews du site en envoyant votre e-mail.
-
-
- PROCHAINES
RÉUNIONS DE LA COMMISSION DE COSMOLOGIE :
-
- Notez dès à présent les dates des prochaines
réunions : toujours à 15H au siège 3 rue Beethoven P16
- Nous sommes satisfaits de la nouvelle réorganisation
de la salle. Merci d’avance
de votre aide.
-
- ·
samedi 17 Mai 2014 :
Rémy Lestienne, Physicien sur le thème : « La
problématique de l’émergence ».
- ·
ne pas oublier : samedi 24 Mai journée des commissions à Meudon !
-
- À la rentrée nous discuterons de deux sujets
proposés par nos membres, pour lesquels nous devons nous préparer.
-
- Marquez ces dates dans vos agendas
-
-