Les grands Débats de l Astronomie

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1 Un plan de route Astrophysique de 20 ans pour l Europe Les grands Débats de l Astronomie des Trous Noirs aux Exoplanètes sous l égide d Astronet (20 Agences) couvrant avec et une Vision scientifique (Sept. 07) un plan pour les atteindre ( Déc. 08) dans Guy Monnet Observatoire Européen de l Hémisphère Austral Institut de France, 8 Janvier 2008 toute l Astrophysique une "coopétition" internationale 2/38 Un plan de route Astrophysique de 15 ans pour l Europe Un plan de route Astrophysique de 15 ans pour l Europe 3/38 4/38 1

2 Quelques domaines de pointe La Scène cosmique La recette d un Univers réussi Anatomie d un trou noir super-massif A la recherche des exo-planètes Conclusion 5/38 première lumière (300 k.ans) Inflation fluctuations quantiques âge sombre galaxies, planètes premières étoiles (400 M.ans) Expansion de l Univers 13,7 milliards d années énergie noire Présent xxxxxxx L Univers s est développé a partir d un état initial dense et chaud. L espace s étire continûment entrainant avec lui matière et énergie. 6/38 Le Corps Noir Cosmologique (CMB): une relique d un passé simple Et le big-bang fut... L Univers était un plasma de particules élémentaires piégeant les photons. (l intérieur d une bombe H, puis d un tube à néon) ans plus tard, la Température ayant chuté en dessous de ~ K, les atomes se sont brutalement formés, libérant les photons. (interrupteur mis sur arrêt) γ X UV V 1 µm 7/38 Le Corps Noir Cosmologique (CMB): Une relique d un passé simple COBE Maintenant, sous forme d un rayonnement isotrope, suivant la loi universelle d un «corps noir» à très basse température. COBE (1989) T= 2,735 ± 0.06 K 1% absolu; 0.1% relatif dipôle 0.2%; fluctuations < 0,01% 8/38 2

3 Τ/Τ ~ 10 WMAP -5 WMAP (2002) at L2 Boomerang La Terre est Sphérique, mais l Univers est? Gravité Pression Sphérique: la gravité l emporte sur l expansion Plat: l expansion et la gravité se balancent Hyperbolique: l expansion l emporte sur la gravité Italy, UK, USA Hu Mais il ne doit pas être trop uniforme: les ondes de gravité dans ce plasma ont créés des oscillations, donc des différences relatives de densité ~ 10-5, par ailleurs germes des amas de galaxies. 9/38 Un seul paramètre en décide: ρ {>=<} ρ C ρ C ~ 3 atomes H/m 3 10/38 Univers quadrillage observé Les fluctuations Notre Univers du CMB est offrent plat ce (±2%)! quadrillage Une Mesure Géométrique de la forme de l Univers ρ > ρ c θ = 0,9 quadrillage de fond ρ = ρ c θ > 0,9 θ = 0,9 θ < 0,9 ρ < ρ c 11/38 12/38 3

4 Echelle angulaire (degrés) Pour faire un Univers, il faut aussi Fluctuations de température puits de baryons ρ t /ρ c = 1 ρ b /ρ t = 0,04 pas mal de matière noire mais pas trop (structure à grande échelle, amas de galaxies) une majorité d énergie noire moyennant quoi on reproduit de nombreuses observables dont la structure à grande échelle ρ b /ρ t = 0,04: étonnant... mais déjà connu (abondances primordiales De, Li, Be) noire et froide 13/38 14/38 La Simulation du Millenium La Tapisserie Cosmique [De, NL, UK, USA] 13,6 G. ans décalage 13, ,71 M. G. ans Univers plat, Λ=0.74; DM (froid)= /38 Relevé 2DF (AU, UK) / galaxies 16/38 4

5 On a tout appris... mais on n a rien compris! Des fluctuations initiales à la tapisserie cosmique actuelle Energie Noire: 74% Matière Noire: 22% ans 108 ans ans 109 ans Présent Baryons: 4% 17/38 18/38 Et maintenant? les la Quelques domaines de pointe SKA ondes gravitationnelles primordiales matière noire au Labo... ± profond Polarisation CMB LHC l évolution de ELT l énergie noire Edelweiss-Fréjus Mode B Une vue directe (H) de l âge des ténèbres une théorie physique de la gravitation... La recette d un Univers réussi Anatomie d un trou noir super-massif A la recherche des exo-planètes Conclusion matière et énergie noires pourraient disparaitre! 19/38 20/38 5

6 Toute masse courbe l espace-temps Anatomie d un trou noir super-massif Et suffisamment concentrée, le crève 21/38 22/38 Où l on s octroie une vue perçante Anatomie d un trou noir super-massif Infra-rouge + suppression turbulence 23/38 24/38 6

7 Anatomie d un trou noir super-massif Anatomie d un trou noir super-massif 4,6 x 10 6 M ; < 1 J.-lumière Sursauts IR/X ~ 20 m. (lumière) R Horizon = 46 s.-lumière 24/38 Comment se rapprocher de l Horizon? 25/38 Avec un interféromètre IR ou Radio Projet GRAVITY (MPE, LESIA, U. de Cologne) µas mas 2x4 mas Imagerie directe Optique Adaptative Interférométrie mesures position ~ 10 ~ 4 c/2 km/s 26/ : 201?: Orbites (gravitéfaible) forte) 27/38 7

8 Quelques domaines de pointe Notre système solaire bien douillet La recette d un Univers réussi Anatomie d un trou noir super-massif A la recherche des exo-planètes Conclusion 28/38 29/38 La chasse aux exo-planètes (détection indirecte) La chasse aux exo-planètes (vitesses radiales -256/270 planètes) variation Doppler due a une planète étoile centrale planète (invisible) 3 Planètes ~ 15 M T (< 0.7 UA) HARPS ±1m/s sur 10 ans: Saturnes (HARPS) Aucun mouvement; aucune intervention Instrument ultra-stable maintenu dans le vide à Tº constante alimenté par fibres optiques brouilleuses avec étalonnage simultané ±1 cm/s sur 1 an : Exo-Terres (CODEX?) 30/38 31/38 8

9 La chasse aux exo-planètes Pour détecter des Terres, il faut: (vitesses radiales 250 planètes) beaucoup de lumière ELT limite des naines brunes 10 une 1 51 Peg 0,1 0,01 0,01 it e lim pr de 0,1 i éc ) 07 n( o i s un extrême stabilité HARPS en mieux étalonnage absolu peigne laser une caractérisation physique fine de l étoile J. Schneider /38 La chasse aux exo-planètes 33/38 Imagerie directe à ultra-haut contraste (imagerie 4-/270 planètes connues) naine brune 2M1207 correction précise de la turbulence suppression précise de l étoile centrale soustraction multi-images ultra-précise Quelques Jupiters avec un 8-m (SPHERE en fabrication) Quelques Super-Terres avec un ELT (EPICS à l étude) 5MJ Jupiter/Soleil=10-6; Terre/Soleil ~ /38 35/38 9

10 Bientôt des milliers de planètes Corot Transit Kepler Et peut-on y détecter de la vie? bleu de l atmosphère saut de la chlorophylle VLTI Mouvement Propre Gaia JWST O 2 O 3 DARWIN H 2 O 37/38 37/38 Quelques domaines de pointe Il y a plus sur Terre et dans le ciel que dans toute philosophie (Hamlet) La recette d un Univers réussi Anatomie d un trou noir super-massif A la recherche des exo-planètes Conclusion Le Principe Anthropique Toute théorie valable de notre Univers doit être compatible avec notre existence à cet endroit particulier de l espace-temps une évidence, mais a permis de prédire avec précision une résonance du carbone à ~ 7,7 Mev semble dépendre d une conspiration étonnante (?) des valeurs des constantes physiques un hasard, une nécessité, un dessein, un effet de sélection? 38/38 10