Mise à jour le 3 décembre 2013
                                                                                                                                                    
   
CONFÉRENCE DE HERVÉ DOLE
Astrophysicien IAS , Université Paris-Sud
Organisée par l'Association d'Astronomie VEGA et la Mairie de Plaisir
Au théâtre R Manuel (Château de Plaisir)
«RÉSULTATS COSMOLOGIQUES DU SATELLITE PLANCK»
Le Samedi 30 Novembre 2013 à 20H30

 
Photos : JPM ou autre 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
La présentation (avec toutes les vidéos) est disponible sur ma liaison ftp  choisir planetastronomy, rentrer les login et PW  puis CONFÉRENCES VEGA  ensuite SAISON 2013/2014  ; elle s’appelle : Dole-Vega-gal-Planck-nov2013.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet
On la trouve à cette adresse :     disponible dans qq jours !
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
Le compte rendu sera succinct, étant donné, que la présentation est disponible au téléchargement et qu’elle correspond presque intégralement à celle donnée cet été. Je reprends par moment certains passages d’autres CR.
 
 
Merci d’être venu si nombreux au Théâtre R Manuel de Plaisir !
 
 
 
 
Hervé Dole est astrophysicien à l’IAS (Institut d’Astrophysique Spatiale) d’Orsay et maître de conférences à l’Université Paris Sud.
L’IAS est spécialisé dans l’instrumentation spatiale, le traitement des données et l’élaboration de modèles.
Hervé Dole est un spécialiste notamment du bruit de fond cosmologique.
 
Après les nombreuses publications cette année sur les résultats du satellite européen Planck, il nous instruit ce soir sur ce qu’il faut en retenir et les conséquences que l’on en tire sur notre Univers.
 
Son ambition comme il le résume pour nous : comprendre la structure, l’évolution et les lois physiques fondamentales régissant l’Univers et ses constituants.
 
 
 
 
 
Un exemple pour commencer : Une analogie avec la surface du Soleil.
 
C’est la même physique qui régit les deux phénomènes.
À gauche la surface du Soleil, à droite l’image du CMB.
 
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 à cause de la température).
Les courbes situées en dessous représentent comment l’énergie se réparti en fonction de la taille angulaire.
C’est aussi la taille des vibrations de l’Univers primordial.
 
 
 
 
 
Pourquoi la nuit est-elle noire ?
 
C’est toujours par ce paradoxe que Hervé Dole commence ses conférences, car c’est une question qui aborde de nombreux thèmes fondamentaux.
 
C’est le fameux paradoxe d’Olbers .
 
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???
 
Et bien, c’est qu’en fait il y a ces trois phénomènes qui jouent sur ce paradoxe :
·        La vitesse de la lumière est finie, certaines lumière d’étoiles ne nous ont pas encore atteint.
·        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).
 
On en déduit aussi qu’il existe un horizon cosmologique, au delà duquel on ne peut rien voir.
 
Mais si la nuit paraît noire dans le spectre du visible (ce à quoi notre oeil est sensible), ce n’est pas le cas dans d’autres longueurs d’ondes : le ciel est illuminé notamment en infra rouge et en micro ondes.
 
Il existe d’autres longueurs d’ondes dans lesquelles on peut contempler notre Galaxie, comme les X , les gamma etc..
 
Voir notre galaxie vue dans un grand nombre de longueurs d’ondes.
 
 
Les deux grandes questions :
 
Au début de l’Univers, celui-ci semble très homogène . Pourquoi ?
 
Alors que maintenant, il montre une très grande inhomogénéité. Pourquoi ?
 
Comment peut-on expliquer cela ?
 
Au début, l’Univers est une grande (et chaude) soupe de particules, elles sont tellement nombreuses qu’elles s’entrechoquent en permanence ; les photons de lumière sont empêchés par les électrons libres de se propager librement. Mais au fur et à mesure que l’on avance dans le temps, vers les 380.000 ans, et la température baissant (il fait seulement 3000K), ces particules se calment.
 
Les électrons se combinent avec des protons et des neutrons pour former enfin des…..atomes. L’Univers devient transparent.
Le champ est libre pour les photons de lumière de se propager librement.
En se propageant, ces radiations ont perdu de leur puissance (leur émission s’est décalée vers le rouge, c’est le fameux redshift) et se trouvent maintenant dans le domaine des……micro-ondes.
 
De ce rayonnement fossile (les cendres du feu originel !) il reste une trace que l’on peut détecter de nos jours, c’est ce que l’on appelle le rayonnement fossile ou CMB en anglais pour Cosmic Microwave Background.
 
C’est ce rayonnement qui a été prédit par George Gamov dans les années 1940, puis redécouvert en 1965 par Penzias et Wilson par hasard et qui a donné naissance à une lignée de satellites d’étude de ce rayonnement : COBE ; WMAP et enfin Planck.
 
 
La grande surprise de Penzias et Wilson lorsqu’ils découvrirent ce ronronnement provenant de partout dans l’Univers, a été la très grande homogénéité de ce rayonnement ; il était aux alentours de 3K c’est à dire comme prévu, dans le domaine micro ondes.
 
 
Les satellites envoyés pour l’étudier plus en détail, ont affiné les mesures, mais la valeur reste extrêmement homogène et isotrope, puisque l’on trouve dans toutes les directions : 2,728K   dont les plus petites variations sont de l’ordre de 10-5 soit un millième de pour cent ! La différence de température entre un point rouge et un point bleu.
 
C’est cette vision du ciel qu’a « vu » le satellite Planck, lancé en 2009 par l’ESA.
 
 
 
 
Or, que remarque-t-on ? Les points même très éloignés sont très homogènes, et à l’époque où se sont créées ces petites fluctuations, ils ne pouvaient pas communiquer entre elles, ils ne pouvaient pas se « parler ». Alors, comment expliquer une telle homogénéité ?
 
Une théorie a été développée à cette occasion, l’inflation.
Vers les 10-35 sec, une expansion énorme se produit pendant un très très court instant, l’espace se dilate plus vite que la vitesse de la lumière ; et grossit d’un facteur monumental, toutes les régions de l’Univers qui étaient en contact ne le sont plus, mais elles ont gardé leur valeur d’origine. Ce qui explique l’extrême homogénéité de l’Univers. Après cette phase d’expansion exponentielle, celle-ci devient plus raisonnable pour donner naissance à l’expansion actuelle.
 
Une vue de l’évolution de l’Univers.
 
 
Le satellite Planck :
 
On a déjà tout dit sur ce fabuleux télescope en micro ondes qu’est Planck, voir par exemple :
·        conférence de F Bouchet à la SAF
·        conférence de presse de l’ESA du 21 Mars 2013
 
 
Films de présentation sur Planck : je vous en propose deux :
 
 
Planck en bref :
    Vidéo:
 
 

 

 

 

 
 
Planck’s view of the Universe.
  Vidéo :
 
 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
Qu’a mis au jour Planck ?
 
Il tourne sur lui même en une minute et effectue un relevé complet du ciel en 6 mois, les scientifiques espéraient 2 relevés pour une mission parfaitement accomplie, ils en ont eu 5 !
La précision de Planck est telle, aussi, qu’une année de relevés de Planck est équivalent à 1000 années de relevés de WMAP, le satellite de la génération précédente.
 
Planck photographie l’Univers dans 9 canaux , les plus importants pour le CMB sont ceux de 70 ; 100 et 143 GHz.
Le problème a été de traiter les différents canaux et de séparer ainsi le signal utile du CMB des autres influences, comme on le voit sur cette illustration.
 
D’autres combinaisons permettent d’accéder à d’autres données concernant le fond du ciel comme on en parle dans cet article publié par la collaboration Planck : Planck components separation
 
Les points sur la carte du CMB peuvent être décomposés de façon harmonique et nous permettent d’atteindre le « spectre de puissance » (angular power spectrum) qui mesure les fluctuations des températures par rapport à la taille des taches.
 
La décomposition des informations température
La construction du spectre de puissance.
 
 
Ce graphique représente de combien varie la température en chaque point du ciel.
·        Le grand pic correspond à l'harmonique fondamental (comme pour un instrument de musique) qui indique la taille typique d'un "grumeau" du ciel approximativement 1°.
·        Les pics secondaires (les "harmoniques") donnent d'autres informations complémentaires.
·        La gauche du spectre est celle qui s'éloigne le plus de la courbe idéale, il y a des anomalies locales. Cela correspond aux "basses fréquences" comme la perte de puissance dans les graves d'un instrument de musique, c'est à dire aux grandes échelles angulaires. Il n’y a pas assez de points en fait dans les grands angles (Hervé Dole dit que c’est par ce que nous faisons des mesures sur un seul univers !)
·        Le CMB montre aussi que l'Univers vibre comme la peau d'un tambour, on s'en aperçoit en traçant le spectre de puissance de ce bruit de fond.
·        L’étude détaillée de ce spectre permet aux physiciens de déterminer de nombreux paramètres cosmologiques.
 
 
 
En effet, Planck a déterminé que l’Univers pouvait être décrit uniquement à l’aide d’un jeu de 6 paramètres !
 
C’est le modèle LCDM (Lambda Cold Dark Matter).
 
Il mène à une nouvelle (mais très peu différente du modèle précédent) composition de l’Univers : un petit peu plus de matière ordinaire et noire et à un âge d’Univers légèrement plus vieux : 13,798 Ga (remarquez la précision :!!).
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mais surtout ces nouvelles données vont permettre d’EXCLURE certains modèles d’inflation qui ne concordent pas avec ces résultats.
 
Différents modèles d’inflation sont placés sur un graphe et confrontés aux résultats de Planck, leur apportant ainsi des contraintes.
 
Certains modèles seront ensuite totalement exclus, les meilleurs devant tomber dans la zone bleue foncée idéale.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Effet de la matière noire.
 
La lumière primordiale du CMB, pour nous parvenir, traverse l’espace où elle peut par endroit rencontrer des masses de matière ordinaire et noire (amas de galaxies par exemple) et subir des légères déviations dues à un effet de lentilles gravitationnelles, si bien que ce que l’on (Planck) observe est altéré par cet effet.
Les rayons lumineux sont légèrement déviés et donnent ainsi une image déformée à l’arrivée (maintenant).
 
On peut voir aussi une animation gif d’une portion d’Univers sans effet lentille et avec.
 
En retranchant l’action de cette matière on peut accéder au CMB tel qu’il était à l’origine et aussi ainsi remonter et reconstruire la carte des masses de la matière noire qui produit l’effet détecté.
 
 
En complément, le satellite en IR Herschel a lui aussi participé à complémenter certaines découvertes de Planck, voir la référence en fin de CR.
 
 
 
CONCLUSIONS.
 
 
 
·        200 mesures du ciel par seconde et par détecteur en continu pendant 30 mois.
·        1000 milliards d’échantillons à transmettre, 50 Giga octets par détecteurs avec 52 détecteurs
·        cartes du ciel publiées avec 50 M pixels
·        inflation confirmée
·        6 paramètres décrivent l’Univers et 6 seulement
·        en 2014, les données de polarisation seront accessibles et poserons certainement de nouvelles questions…..
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROCHAINE CONFÉRENCE VEGA : samedi 22 Mars 2014 20h30 au TRM  
 
Bernard Lelard Président de Vega, nous parle de « Chaos et migration de planètes dans les systèmes solaires »
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
La nuit n’est pas noire et Planck : CR de la conf. SAF d’Hervé Dole du 14 Mars 2012.
 
L'évolution des galaxies révélée par Spitzer : CR de la conf. de H Dole à la SAF du 17 Mai 2006
 
L’Univers vu par Planck : CR de la conférence SAF de F Bouchet du 9 Octobre 2013
 
Les dernières nouvelles de Planck : CR de la conf. de F Bouchet à la SAF Cosmologie
 
Planck, la plus vieille lumière de l'Univers : CR de la conf de F Bouchet à la SAF le 11 dec 2008
 
La mission Planck, état et perspectives : CR de la conf. IAP de F Bouchet du 1er Juin 2010
 
Compte rendu des premiers résultas de Planck par l’ESA.
 
Le CMB expliqué par l’APC.
 
Herschel unveils enigmatic Planck extreme high z candidates, présentation pdf de H Dole sur les découvertes d’Herschel sur le CMB.
 
 
Quelques vidéos :
 
Planck searching for the origins de l’ESA.
 
Les différentes étapes du refroidissement
 
 
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin 
www.planetastronomy.com
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