Mise
à jour 24 Mars 2024
CONFÉRENCE de
Etienne BURTIN
Astrophysicien CEA
« LE TÉLESCOPE DESI :
MESURER L’HISTOIRE DE L’EXPANSION DE L’UNIVERS AVEC LES GRANDS RELEVÉS DE
GALAXIES»
Organisée par la SAF
En direct du siège et par téléconférence
Le Samedi 27 Janvier 2024 à 15H00
À l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie
Photos : JPM pour l'ambiance.
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, elle est
disponible sur
ma liaison ftp et
se nomme :
2024_Expansion_SAF_Burtin.pdf,
qui se trouve dans le dossier COSMOLOGIE-SAF/
saison 2023-2024.
Si
certains veulent la version pptx, ils n’on qu’à s’adresser à moi.
Ceux
qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
Les actualités
présentées
sont ici.
La
vidéo de la séance se trouve : https://youtu.be/61zrdq1TuDw?list=PL78ug7UrzPF1GW7iMV42mAx34bmlk8HxD
Les
enregistrements des commissions cosmologie sont sur le site de la SAF/Cosmologie
à l’adresse suivante :
https://www.youtube.com/playlist?list=PL78ug7UrzPF1GW7iMV42mAx34bmlk8HxD
Nous
étions 15 dans la salle et 26 sur Zoom.
Etienne Burtin est physicien
à
l’IRFU,
l’Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l’Univers, située au CEA
Saclay, au département cosmologie.
Il a
débuté dans la physique des particules sur la structure du proton avant de se
diriger vers la cosmologie.
Son
introduction à la présentation :
« Les grands relevés spectroscopiques de galaxies mesurent la position sur la
voute céleste et l’éloignement de dizaines de millions de galaxies et de
quasars. L'analyse de la carte de l’Univers ainsi dressée permet de retracer
l’histoire de l’expansion de l’Univers et sa récente accélération, signature de
l’énergie noire dont la nature est encore inconnue. »
Le
compte rendu sera succinct à cause de mon état de santé encore fragile.
La
présentation commence par l’historique de la mesure de distances dans
l’Univers : Parallaxe, Céphéides, Supernova etc..
Histoire de l’Univers
illustrée par le CEA.
On
arrive ainsi progressivement au modèle du Big Bang, où on définit plusieurs
phases dans son déroulement. (voir présentation de
JPM
sur le BB)
Jusqu’à 380.000 ans après le BB (à l’époque du CMB, où z=1000) l’Univers est
sous forme de plasma.
Les
objets très brillants comme les supernovas de type Ia servent de chandelles
standard dans l’Univers, car elles « explosent » toujours lorsque la même masse
est dépassée, d’où le terme de « standard ».
La
mesure du redshift des objets lointains est aussi un marqueur de distance, mais
qui dépend du modèle cosmologique étudié.
C’est en étudiant (1998) précisément les SN Ia pour des objets très distants que
l’on s’est aperçu que l’expansion de l’Univers …s’accélérait !
L’expansion attendue était celle en pointillé bleu, alors que l’on observe la
courbe en trait plein. Les SN sont moins lumineuses qu’attendu, cela veut dire
que l’expansion a été plus forte que celle que l’on attendait. Il y aurait donc
une composante supplémentaire qui accélérerait l’expansion de l’Univers. Ce que
l’on va nommer énergie sombre.
Ce
qui a valu le prix Nobel de physique 2011 à S Perlmutter, B Schmidt et A Riess.
Cela
a exercé une influence sur le modèle cosmologique (Lambda CDM) où on a dû
introduire cette fameuse énergie.
L’Univers serait composé de
De rayonnement
De matière ordinaire (5% du contenu énergétique)
De matière noire (25%) et
De l’énergie noire (70%)
Les
Baryons (nous, les étoiles..) ne représentant que 5%
Le
télescope
DESI
(Dark Energy Spectroscopic Instrument) doit nous permettre de mieux comprendre
l’énergie noire.
Cette énergie noire dépend d’un paramètre appelé
paramètre d’état
(ou équation d’état W), et on va essayer de le contraindre.
Dans
le plasma de l’Univers primordial, il y a propagation d’ondes acoustiques dues
aux surdensités de matière et de rayonnement.
Ce
sont les oscillations acoustiques baryoniques (BAO :
Baryonic Acoustic Oscillations)
Ces
BAO ont un paramètre caractéristique, la « distance BAO» au niveau des galaxies
les plus lointaines à différentes époques. Si j’ai bien compris c’est u
paramètre qui dépend de la distance de deux objets lointains à la même époque.
La distance caractéristique de deux objets jeunes est plus petite que pour deux
objets récents, à cause de l’expansion de l’Univers.
Pour
cela il faut énormément de spectres à mesurer en même temps. C’est le rôle du
DESI.
DESI
est capable de mesurer 5000 spectres sélectionnés en même temps toutes les 20
minutes.
DESI
est monté sur le 4m de Kitt Peak en Arizona.
2
milliards d’objets 35
millions de spectres.
En
tout : 10 spectro et chaque spectro = 500 fibres (100 microns de diamètre)
motorisées.
Image : Collaboration DESI
|
|
|
|
Avancement des relevés
DESI sur 5 ans :
|
Les relevés montrent que
la distance caractéristique est : Approx 60 Mpc pour l’Univers jeune
(c’est-à-dire proche du BB) et Approx 100 Mpc pour l’univers récent.
Univers jeune en haut et récent en bas. |
On
en déduit l’histoire de l’expansion de l’Univers.
En
horizontal le temps (notre époque à droite)
En
vertical le taux d’expansion de l’Univers.
De g
à d les quasars lointains (Ly alpha en blanc), les galaxies bleues et les
galaxies rouges.
Si
pas d’énergie noire, la matière freinerait l’expansion (courbe pointillée) et
avec énergie noire, la composante matière n’est pas suffisante, il y a
accélération de l’expansion.
Et
en conclusion, le paramètre d’état de l’énergie noire W :
W = - 1,026 +/- 0,033
En
sachant que le paramètre d’état d’un fluide (rapport pression/densité) est :
·
W = 0 pour de
la matière
·
W = 1/3 pour le
rayonnement
·
W = -1 pour la
constante cosmologique
·
W < -1/3 pour
une accélération d’expansion.
Les
données sont en accord avec un paramètre W qui vaut -1 en accord avec la
constante cosmologique.
Le
futur : amélioration des données avec extension DESI et Euclid
POUR ALLER PLUS LOIN :
La
collaboration DESI publie la position de 2 millions d’objets de l’Univers
Saul
Perlmutter in Paris 17 dec 2011
DESI at
Kitt Peak Has Mapped More Galaxies Than All Previous 3D Surveys Combined
Les
quasars : la plus grande carte de ces objets les plus lumineux.
L’énergie noire : 5000 fibres à sa recherche !
DESI
: 5000 yeux pour l’énergie noire !
Baryon Acoustic Oscillations
par la NASA.
PROCHAINE RÉUNION
COSMOLOGIE : Samedi 6 Avril 2024 15h AU SIÈGE
L’INFLATION COSMOLOGIQUE : SONDER LA PHYSIQUE DES HAUTES ÉNERGIES
par Denis WERTH Doctorant Institut d'Astrophysique de Paris.
Prix
Buchalter
de cosmologie 2023.
Une
invitation sera envoyée deux semaines avant.
PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :
Prochaine conférence SAF devant public :
le mercredi 10 Avril (CNAM amphi Grégoire°) 19 H avec Bruno Sicardy
Astrophysicien LESIA sur
« Les
occultations stellaires : de la sérendipité à la physique»
Remise du Prix Janssen 2023
Réservation comme d’habitude à
partir du 14 Mars 9h00 ou à la SAF directement.
La suivante : le 15 Mai : Transmission en direct sur le canal YouTube de la
SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Bon
ciel à tous
Jean
Pierre
Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
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