L Energie Noire. Christophe Yèche. Fermi SNLS. Planck SNLS. 22 ième congrès de la SFP, Marseille, le 4 juillet 2013
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- Jean Vincent
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1 L Energie Noire Christophe Yèche (CEA-Saclay, Irfu) SDSS-III BOSS Planck Fermi SNLS Ø La révolution de la fin du XX ième siècle en cosmologie Ø Les supernovae: SNLS Ø Le fond diffus cosmologique: Planck SNLS Ø Les oscillations baryoniques acoustiques: BOSS 22 ième congrès de la SFP, Marseille, le 4 juillet 2013
2 Univers en expansion Ciel profond vu par le télescope spatial Loi de Hubble Ø Plus une galaxie est loin de nous, plus elle semble nous fuir V=H 0 d Ø Mesure des vitesses des galaxies par leur décalage vers le rouge (z) Effet Doppler : V/c=(λ-λ 0 )/λ 0 =z Ø z croit Remonter le temps Que fait la gravitation? Ø Elle va freiner l expansion de l univers Ø L expansion de l univers devrait décélérer.
3 Le Big-Bang ~ s Particules élémentaires LHC Ø L univers en expansion se refroidit progressivement Ø 3mns : Fin de la nucleo-synthèse Ø ans: Recombinaison : l univers devient transparent
4 Révolution en cosmologie Découverte avec les supernovae Ø En 1998, diagrammes de Hubble (magnitude z ) avec des chandelles standards (SN Ia) Ø Accélération de l expansion de l Univers Perlmutter, et al. (1998) Ø ~3/4 d énergie noire répulsive vis à vis de la gravitation Ø ~1/4 de matière «classique» Décalage vers le rouge z
5 Energie noire 73% Matière ordinaire 4% Matière noire 23%
6 Les supernovae SNLS
7 SNLS: SuperNova Legacy Survey MegaCam: Ø Conçue et construite par le CEA Ø Plus grande camera CCD au monde jusqu en 2010: 36 CCD 2k 4.5k pixels. Ø Grand champ: 1 deg 2 SNLS: Ø Télescope de 3.6m (CFHT) à Hawaï équipé avec MegaCam Ø 400 SN Ia attendues ( ) 7
8 SNLS: La méthode Explosion de la SNIa 1 ère étape Ø Mesure du flux de photons tous les 3/4 jours Ø Détection en temps réel des SN
9 SNLS: La méthode VLT Gemini Keck λ (nm) 2 ième étape Ø Observation du spectre de la SN avec des télescopes de 8 m (VLT, Keck, Gemini ) Ø Confirmation du type de la SN (Ia, Ib..) Ø Mesure du z (décalage vers le rouge)
10 SNLS: Résultats magnitude apparente SNLS - 3 ans si matière seulement Résultats avec 3 ans d observation Ø 242 SN Ia découvertes et confirmées par la spectroscopie Ø Au total, avec les autres programmes :~500 SNIa Ø SNLS confirme l existence de l énergie noire et donne fraction d énergie noire = 73%±1.5% Ø La chasse aux SNs continue avec 5 ans d observation!!!
11 Fond diffus cosmologique Satellite Planck
12 Planck: Nouvel éclairage sur le FDC Ø Satellite ESA/CNES lancé en mai 2009 vers L2 (1.5 M km de la terre) Ø Mesurer les variations T FDC =2.7K à 1/ Ø Bolomètres refroidis à 0.1 K Ø ~3 ans d observation Ø Premiers résultats en mars 2013
13 Cartes du Fond Diffus Cosmologique Ø Neuf observations du ciel à différentes fréquences. Ø Séparation des différentes composantes (FDC, poussières galactiques, bruit expérimental ). 2.7K ~160 GHz
14 Que nous disent ces cartes? Anisotropies du FDC Ø Taille angulaire des fluctuations Ø Conversion : angle θ multipôle l = 180 O /θ Fluctuations de Températures 1 er pic Position: courbure et énergie noire Amplitude: Matière baryonique Rapport 1 er pic/3 ième pic Matière noire/baryonique
15 Contenu de l univers vu par Planck Ø A partir du spectre de puissance (oscillations acoustiques), on en déduit la composition de l univers quand il avait ans. Particules légères relativistes (neutrinos) Radiation (photons) Atomes (matière ordinaire, hydrogène, hélium) Matière noire invisible (SUSY, axions..)
16 L univers de Planck à nos jours Ø A partir de l équation d Einstein, on prédit l évolution du contenu énergétique de l Univers Ø On retrouve le contenu mesuré par les supernovae Atomes (gaz, étoiles, planètes) Energie noire Matière noire invisible
17 Les oscillations baryoniques acoustiques BOSS
18 Du FDC aux galaxies Galaxies 10 G ans Galaxies 8 G ans FDC ans Propagation acoustique d une surdensité: Ø Ondes acoustiques au sein du plasma (baryons, électrons, photons). Ø Les perturbations de baryons et photons évoluent ensemble jusqu à la recombinaison ( ans). Ø Ensuite, le rayon de la surdensité de baryons se «fixe» à 105 Mpc/h. Ø Les galaxies se forment dans ces coquilles de surdensité de 105 Mpc/h.
19 Oscillations baryoniques acoustiques Empreinte dans l Univers: Ø Les galaxies ne sont pas réparties uniformément Ø En 2005: premières observations d un pic à ~ 105 Mpc/h ~ galaxies rouges z~0.35 BAO à 3.7 milliards d années SNIa : «Chandelles standards» BAO : «Règle standard» H(z) Ø Distorsions de la règle dans les 2 directions Ø Mesure de H(z) le long de z
20 Le projet BOSS Ø 1.5 millions de galaxies rouges à 6 milliards d années de nous BOSS Le relevé SDSS Ø Télescope Sloan avec un grand champ focal ~ 7 deg 2 Ø Position x,y : Caméra avec 5 filtres Ø Position z : Spectrographe ~1000 spectres simultanés Ø Utilisation des phares les plus lointains de l univers: quasars à 11 milliards d années
21 Les observations dans BOSS Images en 5 bandes Listes des cibles CCD λ 1000 Fibres optiques Numéro de fibre
22 Plug and Play Plusieurs étapes (~3 mois) Ø Sélections des objets (~40 quasars deg -2 et ~150 galaxies deg -2 ) Ø Perçage des plaques (1000 trous par plaque) Ø Connexions des fibres sur la plaque pendant la journée Ø 5 à 9 plaques observées par nuit
23 L empreinte dans les galaxies Premiers résultats en 2012 Ø 1/3 du programme final Ø Décalage vers le rouge z~0.6 Ø À ~5 milliards d années de nous Ø Confirmation sans ambiguïté du pic BAO ~ BAO galaxies rouges BOSS Comparaison Planck/BAO BOSS Accord avec Planck Ø Position du pic au bon endroit Ø Accord parfait entre la description de l Univers il y a 13.4 milliards d années et il y a quelques milliards d années Décalage vers le rouge z
24 Chercher la matière dans l IGM Principes Ø Quasars: Phares à 11 milliards d années Ø Lumière traverse le milieu intergalactique Ø Raie d absorption quand la lumière traverse un nuage d hydrogène Détection des BAO Ø Reconstruction à 3D des raies d absorption Ø On retrouve la même distance caractéristique Ø Mesure du paramètre de Hubble il y a 11 milliards d années
25 Univers décéléré puis accéléré Mesure de l expansion Ø Univers dominé par la matière Ø Univers en phase de décélération matière noire étoiles énergie noire Age de l univers (milliards d années) Quasars Aujourd hui
26 Pour en savoir plus
27 Oscillations baryoniques acoustiques: BAO Propagation acoustique d une surdensité: Ø Onde acoustique au sein du plasma (baryons, électrons, photons). Ø Les perturbations de baryons et photons évoluent ensemble jusqu au découplage (z~1100). Ø Ensuite, le rayon de la surdensité de baryons se «fixe» à 150 Mpc. Distance caractéristique: Ø Les galaxies se forment dans ces coquilles de surdensité de 150 Mpc. Ø Pour tous z, excès du nombre de galaxies pour r~150 Mpc (en coordonnées comobiles). Règle standard
28 Du fond diffus primordial aux BAO
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