Mise à jour 18 Avril 2019
CONFÉRENCE de Jeremy NEVEU
Du LAL (Laboratoire de l’Accélérateur Linéaire d’Orsay)
« LE TÉLESCOPE LSST
À LA POURSUITE DE L’ÉNERGIE NOIRE ET DE LA MATIÈRE NOIRE. »
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris XVI
Le Samedi 13 Avril 2019 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 et des animations.
Le conférencier a eu la
gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur
ma liaison ftp et se nomme : cosmo-saf-lsst.pdf,
qui se trouve dans le dossier COSMOLOGIE-SAF/ saison 2018-2019.
Elle est tellement complète
(800 MB) et pleine d’animation que je ne peux pas la mettre en ligne, je ne mets
qu’une version pdf. Néanmoins ceux qui désirent l’avoir doivent me contacter par
mail.
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.
Jeremy Neveu est maître de
conférences au Laboratoire de l’Accélérateur
Linéaire (LAL) de l’Université Paris-Sud depuis 2015.
Impliqué dans la construction
du futur télescope LSST, il travaille sur des sujets allant de la calibration
photométrique de l’instrument aux théories d’énergie noire.
Il a soutenu la thèse suivante
en 2014 :
« Contraintes expérimentales
sur des modèles à champ scalaire léger en cosmologie et physique des particules
(expériences SNLS et CMS) »
En introduction avant le LSST
il nous parle cosmologie : matière noire, énergie noire, gravitation….
Je dois avouer que sa
présentation était très brillante à tous points de vue : slides très claires et
originales, explications techniques super, bref une belle séance de cosmo !
Ce que l’on sait aujourd’hui :
L’Univers est né il y a 13
milliards d’années (scénario du Big Bang)
Il grandit : c’est
« l’expansion de l’Univers »
L’observation de son évolution
montre qu’il est composé de :
5 % de matière ordinaire (vous,
moi, étoiles, planètes, galaxies…)
25% de matière noire (une
matière encore inconnue mais invisible)
70 % d’énergie noire : encore
plus mystérieux…
Comment cela est-il mesuré et
comment faire mieux avec LSST ? c’est le sujet de la présentation de ce samedi.
Je serai assez bref sur les
thèmes déjà évoqués.
LE
CÔTÉ OBSCUR DE L’UNIVERS ;
La gravitation de Newton.
Puis celle d’Einstein : la
Relativité Générale.
Friedman, Lemaitre.
Lemaitre :
si l’Univers est en expansion, alors les objets s’éloignent de plus en plus vits
qu’ils sont lointains.
Il va donc falloir mesurer la
vitesse ou la distance de ces objets.
Comment : décalage des spectres
vers le rouge lors de l’éloignement de ces objets.
C’est en mesurant la distance
des galaxies et leur vitesse par rapport à nous que l’on s’est aperçu de
l’expansion de l’Univers.
Lemaitre avait raison, mais
alors, en remontant le film à l’envers, il existe un « début » de l’Univers.
Tout ceci confirmé par le CMB
découverte par Penzias et Wilson et par les abondances des éléments légers.
Et la gravité ?
La gravité freine l’expansion
de l’Univers, plus l’Univers contient de matière, plus il est massif et moins
l’Univers s’étend rapidement
Quel pourrait être alors le
destin de l’Univers, théoriquement la gravité devrait à la fin reprendre le pas
sur l’expansion et tout ramener au point de départ. C’est ce qu’ont voulu
vérifier des astronomes à la fin du XXème siècle en se basant sur ces balises
célestes que sont les super nova Ia.
Et,
là, surprise !
L’Univers au lieu de ralentir,
continue son expansion en accélérant même.
On a aussi effectué un nombre
important de combinaisons de deux paramètres (quantité de matière et courbure de
l’espace) en les faisant varier, mais sans jamais atteindre l’Univers tel qu’il
est.
Il faut absolument introduire
une autre constante pour rendre compte de l’Univers tel qu’il est.
Cette constant c’est la fameuse
énergie noire.
J Neveu nous donne à voir une
superbe animation rendant compte de ce phénomène dont j’extraie quelques images.
|
|
Avec deux paramètres seulement on n’arrive pas à l’Univers plat que
l’on observe. |
|
|
On introduit alors un troisième paramètre, la constante
cosmologique, ou l’énergie noire qui favorise l’expansion accélérée
de l’Univers.
On est en accord avec ce que l’on observe. |
|
|
Univers avec 30% de matière et une expansion accélérée : 70%
d’énergie noire !
Correspond à nos observations.
Par contre on ne connait pas la nature de cette énergie noire.
Ce devrait être une des missions du LSST. |
Et la
matière noire ?
On connait tous la façon dont
elle a été mise au jour (Zwicky, V Rubin)
Que sait-on à propos d’elle ?
Elle est massive
Elle est obscure (invisible)
Peu ou pas d’interaction avec
la matière visible et les photons.
Sa nature :
·
WIMP : masse
100 masse du proton
·
Axions : 10-15
masse du proton
·
Trou Noir : 30
Masses solaires ?
Le LSST doit là aussi faire le
choix entre ces possibilités.
Bref, les données actuelles
nous permettent d’approcher la composition de l’Univers avec les facteurs de
précision indiqués sur cette image.
Ces précisions de mesure sont
tirées des derniers relevés de Planck.
LE
TÉLESCOPE LSST (LARGE SYNOPTIC SURVEY TÉLESCOPE).
(Anciennement dénommé Dark
Matter Telescope)
Le LSST est un télescope optique américain de grande taille en cours de
construction à une centaine de kilomètres de La Serena au nord du Chili et
caractérisé par un champ
d'observation très large (3,5° soit 40 fois la taille de la Lune).
Les caractéristiques de ce télescope de relevé
astronomique, lui permettent de photographier l'ensemble du ciel austral (18.000
deg²) en un peu plus de trois jours avec une sensibilité lui permettant de
fournir des images des objets dont la magnitude apparente est supérieure ou
égale à 24 (résolution spatiale de 0,2 secondes d'arc). Le mode d'observation
est optimisé pour détecter les phénomènes transitoires (variation de luminosité
ou changement de position).
Au cours des 10 années d'observation
programmées le LSST doit photographier 825 fois l'ensemble du ciel austral ce
qui permettra, en fusionnant les différentes images, d'atteindre une magnitude
apparente de 27. (Extrait de
Wikipedia)
Il contient des instruments
multisondes, dont 6
filtres large bande de 350 nm à 1200 nm.
Sa caméra à grand champ est de
3,2 Milliards de pixels (GPix) contient 189 CCD de 4kx4k.
On lit ces 3,2GPix en 2
secondes !
Entièrement automatisé, il
devrait fournir un nombre énorme de données.
Ce télescope est en
construction au Chili, le diamètre de son miroir fait 8,4 m.
C’est principalement la France
et les USA qui sont impliquées.
La conception de l’optique est
originale, pour avoir un très grand champ, la lumière est réfléchie sur 3
lentilles, dont la première et la troisième sont sur le même bloc de verre comme
on le voit sur le schéma.
Positionnement des trois miroirs. Crédit LSST
org.
Voici une vidéo explicative du
LSST :
Une autre un peu plus longue :
https://www.lsst.org/sites/default/files/LSST-Promo-Video_1-2017_%28480%29.mov
Une animation de la
construction :
https://youtu.be/4UzwQYi9mx8
Le vrai démarrage devrait se
produire vers 2022.
La cosmologie avec le LSST :
·
Améliorer nos
connaissances sur l’énergie noire
·
Cartographier
la matière noire
·
Estimation du
redshift basée seulement sur les 6 filtres (il n’y a pas de spectro)
·
Étudier les BAO
(Oscillations acoustiques de baryons) indicateur de la distance typique entre
les galaxies.
·
Étude d’un
million de SN Ia
·
Microlensing et weak lensing.
CONCLUSION.
LSST, un télescope ultime pour
la cosmologie au sol ?
·
Caméra CCD la
plus grande possible
·
Équipé
Multi-sondes
·
Très faibles
erreurs sur les paramètres de l’équation d’état de l’énergie noire
Pour aller plus loin, il
faudrait :
·
Combiner les
données avec DESI, Euclid, Planck, …
·
Équiper un
futur LSST2 d’un spectromètre ?
POUR ALLER PLUS
LOIN :
Cosmology with the Large Synoptic
Survey Telescope: an Overview
Delving Into the 'Dark Universe' with the Large Synoptic Survey Telescope
Large Synoptic Survey Telescope par Futura Sciences
Le LSST, un télescope vraiment pas comme les autres
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
Merci d’avance de votre
participation.
·
Samedi 15 Juin
15H : JC Hamilton APC sur
« L’exploration de l’Univers primordial avec QUBIC »
·
Samedi 12 Octobre
15H : Denis Gialis sur « les multivers
et la cosmologie »
Prochaine conférence mensuelle de la SAF à TeleComParistech :
Vendredi 17 Mai 2019
19H00
CONFÉRENCE de Pierre GUILLARD
Sorbonne Université IAP
SUR « EXPLORER LA FORMATION DES GALAXIES
AVEC LE FUTUR TÉLESCOPE JWST»
Réservation à partir du 9 Avril
Entrée
libre mais
réservation obligatoire.
(Vigipirate)
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin Président
de la commission de cosmologie de la SAF
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