Astro Club Porto-Vecchio Index du Forum Astro Club Porto-Vecchio
Partagez votre savoir et vos connaissances ou vos questions sur le fabuleux domaine qu'est l'astronomie !
 
 FAQFAQ   RechercherRechercher   MembresMembres   GroupesGroupes   S’enregistrerS’enregistrer 
 ProfilProfil   Se connecter pour vérifier ses messages privésSe connecter pour vérifier ses messages privés   ConnexionConnexion 

Le fond diffus cosmologique

 
Poster un nouveau sujet   Répondre au sujet    Astro Club Porto-Vecchio Index du Forum -> Astronomie -> Cosmologie
Sujet précédent :: Sujet suivant  
Auteur Message
The Lion
Administrateur

Hors ligne

Inscrit le: 09 Juil 2007
Messages: 139
Localisation: Corse
Masculin Lion (24juil-23aoû) 鷄 Coq

MessagePosté le: Dim 4 Nov - 20:12 (2007)    Sujet du message: Le fond diffus cosmologique Répondre en citant

Le fond diffus cosmologique




Au commencement, tout n'était que lumière de l'énergie à l'état brut, 100 secondes après le moment initial matière, espace et temps forment une entité commune, que l'on nomme l'Univers. Dans ces conditions extrêmement dense et extrêmement chaude, la lumière était prisonnière de la matière ionisée. Un plasma de gaz où les électrons sont arrachés aux atomes, de la même façon qu'un brouillard dense retient la lumière des phares d'une voiture. Puis, l'Univers en expansion put se propager librement. Aujourd'hui, près de 14 milliards d'années plus tard, les photons refroidis issus de cette libération d'énergie constituent le fond diffus du rayonnement cosmologique.



Le 29 mai 1919, grâce aux observations de l'astronome anglais Sir Arthur Eddington, faites lors de l'éclipse totale de Soleil de cette même date, valide la nouvelle théorie de la gravitation de Mr Albert Einstein, théorie connue sous le nom de théorie de la relativité générale. En effet, selon cette théorie une étoile visible a proximité du soleil devrait apparaître légèrement plus éloigné de celui-ci parce que sa lumière devrait être légèrement fléchie par l'action de la gravitation exercée par la masse du Soleil. Cet effet n'est observable que pendant une éclipse totale de Soleil, car sinon la lumière du Soleil empêche toute observation de l'étoile en question. Ce résultat fournit la première confirmation de cette théorie. Dés lors, la relativité générale fut acceptée comme la meilleure description de la gravité aux grandes échelles cosmiques. Trois ans plus tard, les physiciens Alexandre Freidmann et George Lemaître proposent des modèles d'univers homogènes et isotropes donc très proches de la réalité actuelle, en appliquant cette théorie. Si l'Univers est en expansion alors c'est qu'il a connu par le passé un état de matière extrêmement dense et donc très chaud. En 1929, L'astronome Edwin Hubble valide leurs conclusions grâce à ses travaux en spectroscopie sur la relation entre la distance des galaxies et leurs vitesses d'éloignements, connue actuellement sous le nom de loi de Hubble, à l'origine du concept d'expansion de l'Univers. Cependant il a fallu attendre 1965 pour que deux ingénieurs des laboratoires Bell ( Arno Penzias et Robert Wilson ), découvrent, par un heureux hasard, les preuves directes d'un passé chaud de l'Univers. Sans le savoir, ils confirmaient une prédiction faite par l'astrophysicien George Gamow au milieu des années 1950. Reprenant les travaux de Lemaître et Friedmann, Gamow a postulé que dans un univers ayant été extrêmement dense et chaud dans son passé. Ce même univers devrait avoir contenu un plasma à l'équilibre thermique. Un plasma de cet ordre devrait rayonner suivant la loi du physicien Max Planck, loi dite du "corps noir". La courbe de ce corps noir doit avoir la forme d'une cloche dont la position maximum dépend de la température de ce plasma. Gamow postulat que ce plasma se diluant sous l'effet de l'expansion, ce gaz s'étant refroidit au point de descendre en dessous de sa température d'ionisation et de ce transformer en un gaz électriquement neutre et transparent. Cette période est nommée par les astrophysiciens recombinaison*. Le gaz neutre doit alors libéré le rayonnement de corps noir caractéristique de cette température d'environ 3000 K°. et L'Univers restant transparent nous devrions le recevoir dans toutes les directions du ciel. L'expansion a décalé ce rayonnement vers les grandes longueurs d'onde ( effet doppler* ) sans modifier la forme de ce corps noir, abaissant seulement la température apparente du fond du ciel. Ce rayonnement devrait être perçu actuellement aux longueurs correspondantes aux micro-ondes à la température d'environ 5 K°. La confirmation de la découverte du spectre de corps noir à la température de 2,73 K°, selon les mesures les plus affinées, en 1965 accrédita le bien fondé du modèle d'univers en expansion dont le rayonnement est quasi identique dans toutes les directions et isotrope* et homogène aux grandes échelles de l'Univers. Ce modèle d'univers est connue aujourd'hui sous le nom de Big bang, rendant les idées de Lemaître et Freidmann proches de la réalité.



Nous venons de décrire dans ses grande lignes l'évolution d'un univers dominé par la gravitation. Mais comment expliquer l'émergence des grandes structures qui le compose aujourd'hui, galaxies et amas de galaxies que l'on voit s'égrener au fur et à mesure que l'on parcourt l'Univers. Déjà en 1930, Lemaître avait imaginé que ces structures était le résultat de l'effondrement gravitationnel de petites fluctuations primordiales de densité. Ces grumeaux de matière étant soumis à leurs propre attraction gravitationnelle et étant séparé les uns des autres par l'expansion. Le gaz primordial se serait effondré en petites condensations de gaz neutre, Les protogalaxies. Grâce aux simulations numériques effectuées avec de gros calculateurs on peut rendre compte de l'évolution des ces grumeaux par rapport aux échelles de temps et à l'expansion de l'Univers. Les résultats obtenus sont en bon accord avec les observations effectuées sur le terrain par les observatoires. Comment trouver ces fluctuations de densité. En 1992, l'expérience DMR à bord du satellite COBE ( Cosmic Background Explorer ) observe d'infimes variations de température dans le fond diffus, de quelque millionième de degrés ( soit une partie pour 100 000 ). Cette expérience a contribué à l'émergence d'une nouvelle branche de la cosmologie visant à cartographier ces fluctuations avec une précision toujours plus grande et en tirer des renseignements de plus en plus précis. Grâce aux mesures du fond diffus, les cosmologistes analysent l'Univers tel qu'il était au début dans sa prime jeunesse. En mesurant ses paramètres fondamentaux, ils s'exonèrent des complications qui ont surgi ultérieurement après la réionisation*, soit environs 200 millions d'années après le Big Bang. Lorsque le gaz neutre après s'être condensé en protogalaxies a commencé fabriquer les premières étoiles. La nature quasi homogène du fond diffus rend sa modélisation très simple et très solide face aux renseignements fournis auxquels on peut attribuer un crédit sans retenue car il dépendent peu du modèle utilisé.



L'observation des fluctuations du fond diffus a engendré le développement de détecteurs de plus en plus sensibles. Entre 1999 et 2002 se sont pas moins de 5 expériences qui se sont succédé. Avec au final en 2003, le satellite américain WMAP qui à fourni des cartes de tout le ciel dans cinq bandes de fréquences, allant de 20 à 90 gigahertz. Ces résultats ont demandé un an de prises de données. L'ensemble des expériences qui ont été mené depuis toutes ces années ont montré une convergence qui a chamboulé tous les modèles d'Univers envisagés par les astrophysiciens. Depuis les années 1960, certains cosmologistes comprirent que l'Univers primordial devait contenir des ondes sonores. Lorsque le rayonnement était encore prisonnier de la matière, les photons, les électrons, les neutrons et les protons qui emplissaient le milieu ambiant se comportaient nous l'avons vu un peut plus haut à la façon d'un gaz unique. Les photons absorbés puis réémis par les électrons et les baryons ( proton et neutron ) étaient assimilables à des projectiles ricochant sur d'autre particule. Comme dans l'air qui nous entoure, une perturbation locale de densité du gaz devait se propager sous la forme d'une onde sonore, c'est à dire sous la forme de zones de compression et de zones de raréfaction. Les compressions chauffaient le gaz tandis que les raréfactions le refroidissaient. Toute perturbation de l'Univers primordial devait diffusé dans ce plasma une figure oscillante de fluctuation de température. Ainsi le fait que l'on distingue d'un simple regard, des hétérogénéités d'environs 1° ( environs deux fois la taille de la pleine lune ) éparpillées sur toute la carte du fond diffus se traduit, dans le spectre de puissance des ondes sonores primordiales par un pic très marqué à l'échelle angulaire de 1° suivi de pics à des échelles angulaires plus petites. Ces pics sont interprétés comme les effets des oscillations acoustiques, des fluctuations de densité du plasma sous l'action des forces combinées de gravitation et de pression. Le rayonnement cosmologique nous renvoit l'image de ce plasma oscillant tel qu'il était au moment de la recombinaison* ( les baryons récupèrent les électrons et forment les premiers atomes de la nucléosynthèse primordiale ), soit 380 000 ans après le Big Bang.



Après avoir mesurer la température du fond diffus et les fluctuations de cette température, les cosmologistes s'attaquèrent à mesurer la polarisation de ces ondes. En 1968, l'astrophysicien Martin Rees avait prédit qu'une fraction du rayonnement devait être polarisée ( c'est à dire composée d'ondes électromagnétiques oscillant dans un plan fixe ). Je vais donner un exemple ( c'est la partie la plus compliquée de mon exposé ). Donc, prenons une particule chargée, un électron du plasma primordial, lorsque cette particule reçoit une onde lumineuse venant d'une direction donnée, le rayonnement qu'il diffuse n'est pas globalement polarisé. En revanche, la fraction de rayonnement qui est émise vers un observateur donné est polarisé dans la direction perpendiculaire à la fois à la ligne de visé de cet observateur et à la direction de l'onde incidente sur l'électron. Un tel électron reçoit du plasma primordial de la lumière de toute les directions, ondes dont la portion dirigée vers notre planète est constituée de rayonnements légèrement polarisés, mais chacune de ces ondes à une direction indépendante. Ainsi, si le rayonnement incident sur notre électron était parfaitement isotrope a l'époque ou notre plasma s'est transformé en gaz neutre. Le rayonnement total diffusé dans la direction de la Terre ne devrait laisser apparaître de direction privilégiée. Mais, comme nous le savons le fond de rayonnement diffus cosmologique n'est pas parfaitement isotrope ( fluctuation de densité due à la température dans milieu primordial ). Il doit donc persister un léger supplément de polarisation en chaque point de la surface de diffusion juste avant que le plasma primordial ne se transforme en gaz neutre et la carte de diffusion de polarisation doit se superposer à celle des fluctuations de température. L'essentiel de cette polarisation a été créé lors de la recombinaison*, à la surface de la dernière diffusion. Par la suite le plasma se transformant en gaz neutre, il n'a plus pu interagir avec les photons du fond diffus car ces même photons n'interagissaient plus avec les électrons et les baryons du milieu ambiant. Lorsque les premières étoiles sont apparues et que les noyaux des protogalaxies se sont allumées ( voir dossiers: où sont nées les premières étoiles et la naissance des galaxies ), leurs rayonnements ultraviolet et X ont réionisé une grande partie du gaz interglactique. De cette période nommée réionisation*. Ce plasma nouvellement créé a ajouté une polarisation supplémentaire aux photons du fond diffus. Cette polarisation est décelable dans l'espace aux grandes échelles angulaires et elle est plus importante que prévu, ce qui indique que les étoiles dites de population III sont apparues très tôt dans l'histoire de notre Univers. Il existe deux théories sur la création des premières étoiles, celle dite de la matière sombre froide qui à ma faveur et celle de la matière sombre chaude. La première valide l'apparition d'étoiles géantes et la deuxième préconise l'apparition d'étoiles de toutes tailles, étoiles qui ne comportent pas de métallicité* et qui si elles existent, devraient avoir été découverte près de nous, dans notre galaxie m'est cela n'a pas encore été le cas.



La future mission du satellite de l'agence européenne Planck en 2008. Cette mission affinera encore les paramètres cosmologique du fond diffus. Cette mission vérifiera ou infirmera la cohérence du modèle cosmologique.



K°: degrés Kelvin

Corps noir: le corps noir est un objet idéal qui absorberait toute l'énergie électromagnétique qu'il reçoit, sans en réfléchir ou en transmettre. Il n'est fait aucune autre hypothèse sur la nature de l'objet. La lumière étant une onde électromagnétique, elle est absorbée totalement et l'objet devrait apparaître noir, d'où son nom.

Recombinaison: La recombinaison est l'époque où les électrons se combine aux noyaux des atomiques existant pour former les premiers atomes. Ce phénomène se produit au moment où la température de l'Univers descend en-dessous du seuil sous lequel l'énergie moyenne des photons les plus énergétiques est en-dessous de l'énergie d'ionisation de l'atome en considéré.

Effet Doppler fizeau: l'effet doppler fizeau est le décalage de fréquence d'une onde acoustique ou électromagnétique entre la mesure à l'émission et la mesure à la réception, lorsque l'émetteur et le récepteur sont en mouvement l'un par rapport à l'autre. Si l'on désigne de façon générale ce phénomène physique sous le nom d'effet Doppler, on réserve le terme d'effet Doppler Fizeau aux ondes lumineuses

Réionisation: en cosmologie, la réionisation représente l'époque où un grand nombre d'atomes existant dans l'Univers ont été ionisés par le rayonnement des toutes premières étoiles de population III.

Métallicité: en astronomie, on appelle métal tout élément chimique plus lourd que l'hydrogène et l'hélium.

Isotrope: en cosmologie, le concept d'isotropie s'applique à l'univers observable pour désigner que sa structure à grande échelle reste la même quelle que soit la direction d'observation.

_____________________________________________________________
Partagez votre savoir et vos connaissances ou vos questions sur le fabuleux domaine qu'est l'astronomie !
Revenir en haut
Visiter le site web du posteur
Publicité






MessagePosté le: Dim 4 Nov - 20:12 (2007)    Sujet du message: Publicité

PublicitéSupprimer les publicités ?
Revenir en haut
Montrer les messages depuis:   
Poster un nouveau sujet   Répondre au sujet    Astro Club Porto-Vecchio Index du Forum -> Astronomie -> Cosmologie Toutes les heures sont au format GMT + 1 Heure
Page 1 sur 1

 
Sauter vers:  

Index | Panneau d’administration | creer un forum | Forum gratuit d’entraide | Annuaire des forums gratuits | Signaler une violation | Conditions générales d'utilisation
Space Pilot 3K template by Jakob Persson.
Powered by phpBB © 2001 phpBB Group
Traduction par : phpBB-fr.com