- Distribution des galaxies dans l'espace: amas, filaments, vides. - Le gaz intergalactique révélé par les quasars
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- Raphael Pinard
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1 L'Univers lointain Patrick Boissé Université Pierre et Marie Curie, IAP - L'expansion de l Univers, relation V, d, t - Distribution des galaxies dans l'espace: amas, filaments, vides - Quasars, supernovae, sursauts gamma - Le gaz intergalactique révélé par les quasars - La formation des galaxies 6 février 2014 L'Univers lointain 1
2 Se situer dans l Univers système solaire : Terre, lune, planètes, soleil ( 10 min-lumière) voisinage solaire: étoiles, nuages de gaz (quelques a. l.) notre Galaxie, la voie lactée ( a. l.) galaxies proches (millions d a. l.) galaxies lointaines et quasars (milliard d a. l.) 6 février 2014 L'Univers lointain 2
3 Les galaxies : «atomes» de l Univers Une galaxie = milliards d étoiles - du gaz - un trou noir massif au centre - un halo de matière noire ESO325-G004 Sextette de Seyfert Objet de Hoag NGC février 2014 L'Univers lointain 3
4 Fuite des galaxies : l expansion de l Univers Exemple : la galaxie UGC 11707, mesure radio V 900 km/s ΔV 200 km/s 6 février 2014 L'Univers lointain 4
5 Fuite des galaxies : mesure optique Mesure des raies d absorption ou d émission : V km/s Michael Richmond 6 février 2014 L'Univers lointain 5
6 Mouvement des galaxies Mouvement général de fuite cf points sur un ballon gonflé + Mouvement «particulier» (par ex dans un groupe) V exp V part V tot Effet Doppler : λ obs = (1 + z) λ labo ν obs = ν labo / (1 + z) Loi de Hubble (1929) V exp c z H 0 D (V<<c) Observateur V exp ou z --> D et Δt 6 février 2014 L'Univers lointain 6
7 Distribution des galaxies dans l Univers Sextette de Seyfert Pas du tout homogène : - groupes - amas - filaments... et régions vides Coma/wikipedia 6 février 2014 L'Univers lointain 7
8 Distribution des galaxies dans l Univers Mesure objective du «regroupement» : la fonction de corrélation à deux points, ξ(r) r ξ(r) 0 ξ(r) > 0 ξ(r) < 0 6 février 2014 L'Univers lointain 8
9 Portrait d un amas de galaxies : Coma (A1656) lumière visible - Galaxie(s) elliptique(s) géantes au centre - x 100 galaxies - vitesses particulières élevées ( 1000km/s) - théorème du Viriel --> matière noire Zwicky (1933) Amas Coma/wikipedia 6 février 2014 L'Univers lointain 9
10 Portrait d un amas de galaxies : Coma rayons X Coma/Chandra - Emission diffuse + sources - gaz très chaud: 100 millions de degrés! - équilibre «hydrostatique» gravitation/pression --> matière noire! 6 février 2014 L'Univers lointain 10
11 Les amas : des télescopes gravitationnels Un exemple remarquable : Abel 370 (z = 0,375) Modélisation des images --> matière noire! 6 février 2014 L'Univers lointain 11
12 Les amas : des télescopes gravitationnels Déflexion de la lumière (RG, Eintein 1915) --> image(s) amplifiée(s)/déformée(s) de galaxies d arrière-plan optimum pour z g z lentille / 2 amas Galaxies lointaines 6 février 2014 L'Univers lointain 12
13 Cartographier la matière noire Principe: mesurer la déformation des galaxies d arrière-plan 6 février 2014 L'Univers lointain 13
14 La découverte des quasars Identification des sources radio ( 1960) Cambridge Centaurus A Radiogalaxies (Cent. A) 6 février 2014 L'Univers lointain 14
15 La découverte des quasars ou quasi-stellar objects (QSOs) Objets d apparence stellaire: «quasi-stars» ou quasars 3C273 (mag 12) 6 février 2014 L'Univers lointain 15
16 Nature et distance des quasars? --> spectroscopie (étoiles radio? autre type d objets?) C. Buil 3C273 6 février 2014 L'Univers lointain 16
17 Caractéristiques des quasars C. Buil Raies d émission décalées z = 0,158 (M. Schmidt 1963) + raies d absorption z 2,9 6 février 2014 L'Univers lointain 17
18 Qu est-ce qu un quasar? Quasar = noyau actif d une galaxie - trou noir supermassif - disque d accrétion (rayonnement continu) - nuages ionisés en mouvement (raies) - jets (radio, visible) 3C273/jet Faible fraction des galaxies «actives» mais beaucoup ont un trou noir (cf notre Galaxie, la voie lactée). 6 février 2014 L'Univers lointain 18
19 Raies d absorption des quasars gaz situé sur la ligne de visée : galaxies, nuages intergalactiques, gaz proche du quasar Quasars = sondes de l univers lointain 6 février 2014 L'Univers lointain 19
20 Exemple de spectre d un quasar lointain - Raies d émission : décalage vers le rouge du quasar, z em 4 - Raies d absorption très nombreuses z abs 4 (forêt Lyα de H) --> nombreux «systèmes» de raies (système = objet absorbant) Ly-β Ly-α C IV 6 février 2014 L'Univers lointain 20
21 Un système de raies d absorption (z abs 1) 6 février 2014 L'Univers lointain 21
22 Divers types d «absorbants»: disques de galaxies Disques de galaxies - grande quantité de gaz - éléments lourds abondants - molécules (H 2, CO ) quasar - poussières 6 février 2014 L'Univers lointain 22
23 Divers types d «absorbants» : "halos" de galaxies halos de galaxies - faible quantité de gaz - éléments lourds abondants - gaz ionisé quasar R halo 3 à 5 R * origine - gaz éjecté? - gaz du MIG en chute? 6 février 2014 L'Univers lointain 23
24 Divers types d absorbants: nuages intergalactiques Q z em = février 2014 L'Univers lointain 24
25 Les nuages intergalactiques Propriétés : - très nombreux dans l univers lointain - rares dans l univers proche (spectres UV du HST) que sont devenus les nuages de l univers lointain? - le gaz n est pas primordial (contient C, O etc) : origine? 1ère génération d étoiles avant les galaxies? échange de gaz : galaxies <-> MIG? - Taille des nuages? --> paires de quasars ou mirages gravitationnels 6 février 2014 L'Univers lointain 25
26 Taille des nuages intergalactiques Paires (groupes ) de quasars Quasar 1 2 Observateur 3 1 Quasar 2 Mirages gravitationnels Quasar jumeau --> taille supérieure à 10 fois la taille des galaxies 6 février 2014 L'Univers lointain 26
27 Supernovae Ia, sursauts γ SN1994d/NGC 4526 SN Ia (prix Nobel 2011 Perlmutter, Schmidt et Riess) Luminosité universelle au maximum --> "chandelles standard" GRB990123/HST Sursauts γ (GRB courts/longs) Très brillants ( mais éphémères) --> très bonnes «sondes» Emission optique associée --> z Explosion d une étoile massive 6 février 2014 L'Univers lointain 27
28 Actualité : la supernova SN2014J dans M82 Repérée le 21 janvier 2014 par un groupe d'étudiants Observations pour construire la courbe de lumière 6 février 2014 L'Univers lointain 28
29 Vers un scénario global - La matière noire s organise sous l effet de la gravitation - Formation d un réseau complexe de filaments/halos B. Moore - Le gaz tombe dans les régions denses - Formation de galaxies dans les régions denses - Fusion des halos et galaxies (formation d étoiles) 6 février 2014 L'Univers lointain 29
30 Scénario global d'évolution Projet Horizon 6 février 2014 L'Univers lointain 30
31 Résumé : - L expansion de l Univers: V -> d -> t (accès à l histoire) - Distribution complexe des galaxies dans l espace - Mouvements, mirages : la matière noire domine! - Gaz intergalactique très abondant et structuré - Scénario d évolution de l Univers et cosmologie - Et l'univers plus lointain? fond de rayonnement à 3K 6 février 2014 L'Univers lointain 31
32 La carte du rayonnement fossile (WMAP) 6 février 2014 L'Univers lointain 32
33 - Merci pour votre attention! 6 février 2014 L'Univers lointain 33
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