Mise à jour 15 Octobre 2022
CONFÉRENCE de Dominique AUBERT
Professeur Astrophysique à l’Observatoire de Strasbourg
« L'AUBE COSMIQUE ET
L'ÉPOQUE DE RÉIONISATION »
Organisée par la SAF
En direct du siège et par téléconférence
Le Samedi 1er Octobre 2022 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 aubert SAF-1oct2022.pdf,
qui se trouve dans le dossier
COSMOLOGIE-SAF/ saison 2022-2023.
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
La présentation en ppt étant trop lourde c’est
la raison pour laquelle je ne la propose qu’en pdf (sans animations), d’autre
part la présentation comporte de nombreuses slides maquées qui ne le sont PAS en
pdf !
Elle est aussi sur le
site de la commission.
Les
actualités présentées
sont ici.
La vidéo se trouve ICI. Dans quelques jours,
le temps d’effectuer le montage.
Après les actualités notre ami Olivier Sautret
nous a présenté ses réalisations de maquettes de télescopes spatiaux notamment
du James Webb.Son site :
http://gppth.free.fr/8_maquettes_astro/JWST.html
Nous étions 22 dans la salle et 25 sur zoom.
CR un peu succinct dû à un surcroit
d’activités me concernant.
Cette présentation est dédiée à une époque
dans l’histoire de l’Univers, plus qu’à des objets ou des processus
L’époque où les premières structures se
mettent en place, dans l’Univers Jeune
Cette époque recouvre la fin des âges sombres,
l’aube cosmique et l’époque de Réionisation
Quelques dates (en redshift) : aujourd’hui z =
0 ; l’univers primordial (CMB) z = 1000
Une
vue temporelle de l’Univers.
L’aube cosmique se situe immédiatement après
le bruit de fond cosmologique (CMB)
Cette période correspond à
l’apparition des grandes
structures astrophysiques qui donneront naissance plus tard à la toile
cosmique (cosmic web). Les toutes premières étoiles vont apparaitre.
Au début de cette période, ce sont les âges
sombres (dark ages) car il n’y a pas de galaxies, pas d’étoiles, donc pas de
lumière.
Sur le graphique, les gaz chauds (zones de
surdensité) apparaissent en rouge, ils vont donner naissance aux galaxies.
Les premières étoiles se forment vers 200
millions d’années (z=30) après le BB, pour donne naissance à cette aube
cosmique.
Ce sont des étoiles de la première génération
(curieusement notées Population III) qui n’ont à leur disposition que ce qu’il y
a dans l’Univers à cette époque : H et He.
Ensuite ces premières étoiles en s’allumant
émettent de la lumière UV qui va progressivement ioniser tout l’Univers, c’est
ce que l’on appelle la phase de réionisation. Un milliard d’années après le BB,
c’est terminé, la réionisation est complète.
Cela veut dire que principalement on trouve
H+, c’est-à-dire des protons.
Dans l’Univers à cette époque on trouve 0,2
atome H par m3 pour 400 photons par cm3 !
Les relevés profonds des galaxies (deep
fields) nous indiquent qu’il y a très peu de galaxies au début de l’Univers ;
ensuite les galaxies commencent à se former grace aux halos de matière noire.
La
forêt Lyman Alpha.
Il y a énormément de concentrations de gaz
entre les galaxies, si l’émission d’un quasar (donc dans l’univers primordial)
traverse ces nuages de gaz, le spectre de leur lumière va être absorbé par ces
atomes H neutres.
On peut ainsi reconstruire la distribution du
gaz le long de cette ligne.
L’Hydrogène ainsi ionisé (transition de Lyman)
émet une raie la raie
Lyman alpha (dans l’UV à 121,6 nm).
Plus il y a de gaz rencontré plus il y a de
raies Lyman alpha, d’où le nom de Forêt Lyman alpha.
C’est l’absorption de cette raie par les
nuages d’H qui permet de les détecter et de les situer, en effet plus les nuages
sont près de nous et moins leur décalage vers le rouge est important car
fonction de la distance.
Après le CMB, l’univers devient neutre et
transparent, les photons peuvent enfin se propager.
Les photons de la lumière envoyée par la
surface de dernière diffusion (le CMB), vont retrouver des électrons libres et
interagirent par effet Compton dans cet Univers en cours d’ionisation à cause de
la formation d’étoiles et de galaxies.
La réionisation sera complète au bout de
approx. 1 milliard d’années après le BB
Pour le futur, on se basera sur la
radioastronomie à 21 cm (1420 MHz).
Avant la fin de la période de réionisation,
l’Univers est rempli d’H neutre, donc on peut mesurer la raie à 21 cm, quand il
disparait, c’est la fin de cette période.
C’est le
réseau SKA
(Square Kilometer Array) qui devrait nous apporter des méliorations. C’est un
réseau de 130.000 antennes installées en Australie et en Afrique du Sud, dont
ses précurseurs étaient NenuFAR, HERA etc..
On compte aussi sur le nouveau télescope
spatial JWST pour analyser finement les galaxies lointaines.
La
formation des premières structures.
En simplifié :
Halo de matière noir
à
piège le gaz environnant
à
qui va se refroidir
à
et permettent la naissance d’étoiles
à
qui vont rayonner
Tout ceci a pu être simuler numériquement
grace à des super calculateurs comme :
·
CURIE
au CEA
·
TITAN
américain à Oak Ridge
·
MARE
NOSTRUM
en Espagne
·
OCCIGEN
du CINES à Montpellier
Les premières galaxies peuvent-elles réioniser
l’Univers ?
On n’en est pas sûr.
On sait qu’au début il y avait peu de galaxies
mais qu’elles étaient très brillantes, alors que plus tard, il y avait beaucoup
de galaxies mais moins brillantes. Ce sont les petites galaxies qui produisent
le plus de lumière, mais elles sont difficiles à détecter.
Mais il y a un problème : les petites galaxies
ne devraient pas former beaucoup d’étoiles, à cause des UV produits.
Le premier deep field du Webb nous permet de
compter les galaxies :
Par ex 2 galaxies très brillantes à z=11 et
z=13.
On peut voir des objets jusqu’à z=20 !
Ce que l’on a vu avec le JWST : des galaxies
trop massives, trop brillantes et trop tôt, par rapport aux théories actuelles.
Erreurs ? Mauvaise interprétation ? À suivre.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Topology of
Reionisation times: concepts, measurements and comparisons to gaussian random
field predictions
par D Aubert et al.
How the
First Stars start Reionization
La cosmo après les
5 premières minutes :
CR conf SAF de S Bosman du 9 Nov 2018
La cosmologie à 21
cm :
CR de la conf SAF (Cosmologie) de Reza Ansari du 4 Juin 2022
L'Univers Profond
en Radio, le SKA : CR
de la conf SAF (Cosmo) de C. Tasse du 25 sept 2021.
Les quasars :
CR de la conf IAP par P. Noterdaeme du 2 Février 2016
Les galaxies
lointaines :
CR de la conf SAF de D Kunth du 12 Janv 2011
Les galaxies
lointaines, age sombre :
CR conf D Kunth RCE2012 du 1er Nov 2012
La fin des ages sombres :
CR de la conférence SAF de M Langer de l'IAS le 17 Mars 2007
PROCHAINE RÉUNION
COSMOLOGIE : 10 DÉCEMBRE 15H
AU SIÈGE
Benjamin CRINQUAND
interviendra en direct
depuis Princeton (USA) via zoom
Post
doc au department of astrophysical sciences
PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :
Prochaine conférence SAF devant public :
Le mercredi 9 Novembre 2022 à 19H00 au CNAM amphi Grégoire (220 places).
Paola di Matteo Astronome GEPI Obs de Paris
La mission GAIA et notre Galaxie Résa
> 13 Octobre
. Réservation
comme d’habitude ou
à la SAF directement.
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF
Sinon à suivre en direct :
https://youtu.be/dEYzUxHXLIg
Les conférences seront retransmises en
direct sur YouTube.
Resumé : La mission astrométrique Gaia, lancée
par l’Agence Spatiale Européenne fin 2013, est en train de cartographier en 3D
plus d’un milliard d’objets de notre Galaxie, avec une précision inégalée.
Pour la première fois, nous avons accès aux
mouvements de plusieurs millions d’étoiles, bien au-delà du voisinage solaire,
où nos connaissances étaient confinées jusqu’à il y a quelques années seulement.
Je présenterai les nombreuses premières
découvertes de la mission Gaia, et en particulier la façon dont Gaia a permis de
mesurer les mouvements d’ensemble des étoiles dans le disque, de dessiner la
structure des bras spiraux, de mettre en évidence les traces fossiles de
l’accrétion d’une galaxie satellite dans le halo de la Voie Lactée, il y a
plusieurs milliards d’années, ou encore de révéler une multitude de courants
stellaires, témoins de la destruction des amas d’étoiles et galaxies satellites
par notre Galaxie.
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
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