Un Signal particulier : l Univers
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- Christophe Charpentier
- il y a 6 ans
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1 Un Signal particulier : l Univers Albert Bijaoui Observatoire de la Côte d'azur 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 1
2 Plan de l exposé n Les Comptages de Galaxies n L Univers & la Cosmologie n L Univers est-il fractal? n La cartographie actuelle de l Univers nles rides de l Univers n La composition de l Univers nformation des structures & texture de l Univers 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 2/54
3 Les Comptages de Galaxies 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 3/54
4 L inventaire du ciel à partir du XVIII ème siècle n Herschel et son télescope n Catalogue de Messier n Nature des nébuleuses? 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 4/54
5 L Identification des Galaxies n Céphéïdes de la galaxie d Andromède (M31) n Distance de celle-ci Hubble 1923 n Galaxies briques de l Univers 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 5/54
6 Le Comptage de Shapley-Ames n Existence de groupes de galaxies n Existe-t-il des groupes de groupes? 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 6/54
7 Le comptage de Shane-Wirtanen n Il existe d autres éléments texturaux: Des filaments Des vides n Comment décrire la texture de l Univers? 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 7/54
8 Processus de Neymann nneymann & Scott interprètent cette distribution en introduisant un processus statistique hiérarchique Les centres d amas sont distribués au hasard Les galaxies sont distribuées dans les amas selon une loi de densité fixée n Modèle très imparfait 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 8/54
9 L Univers comme Signal n Champ aléatoire > Matière interstellaire nles galaxies marqueurs d un champ de de densité npropriétés statistiques de la densité des galaxies > Fonction de corrélation n Polémique Berkeley / Chicago Mesurabilité de la fonction de corrélation n Peebles > corrélation des galaxies 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 9/54
10 Homogénéité & Fluctuations nrésultat de Peebles : ξ ( r) = nla Cosmologie est basée sur le principe suivant : L Univers est homogène et isotrope nl observation d une telle corrélation met-elle en cause ce principe? 1 r γ 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 10/54
11 L Univers & la Cosmologie 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 11/54
12 L Univers des anciens n L astronomie mythique La Terre et les Cieux sont faits pour l Homme n La Sphère des Fixes: Platon La Terre est immobile Les étoiles sont sur la sphère des fixes Le Soleil, la Lune et les planètes se déplacent sur cette sphère n L Almageste (Ptolémée) Théorie Géocentrique du mouvement du Soleil, de la Lune et des planètes 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 12/54
13 La révolution Copernicienne(1543) n L héliocentrisme conduit à modifier la place de l homme dans l Univers n Bruno professe la pluralité des mondes n Suite à l énoncé par Kepler des lois du mouvement des planètes, Newton introduit la Gravitation Universelle 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 13/54
14 La Pluralité des Mondes n Entretiens sur la Pluralité des Mondes Fontenelle (1686) n Concept moderne d Univers n Les Univers-Iles de Kant (1754) n Refus d un Centre de l Univers n Il n y pas de point privilégié n Homogénéité et Isotropie n Le Paradoxe d Olbers (1823) Homogénéité & isotropie > l intensité lumineuse dans toute direction est celle de la surface solaire 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 14/54
15 n La Relativité Générale Les Masses courbent l espace n La Courbure de l Univers n Le Modèle d Einstein (1917) L Univers est homogène et isotrope La Constante Cosmologique n Le Modèle de Friedmann (1922) Modéliser l Univers 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 15/54
16 Expansion et Vitesse n L abbé Lemaître déduit que Les variations de la courbure conduisent à une vitesse apparente des galaxies Valeur de la constante de Hubble Détermination de l âge de l Univers Singularité initiale 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 16/54
17 La loi de Hubble (1929) 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 17/54
18 n Alpher - Bethe - Gamov (1948) n La remontée dans le Temps n Le fond cosmologique (Penzias, Wilson 1965) n L Horizon cosmologique n L Origine des éléments Le Modèle du Big-Bang 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 18/54
19 L Univers est-il Fractal? 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 19/54
20 Hiérarchie des structures 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 20/54
21 Le superamas de VIRGO 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 21/54
22 Le Grand Mur dans Coma 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 22/54
23 Le Modèle de Charlier n Le modèle hiérarchique de Fournier d Albe n Généralisation à une hiérarchie plus aléatoire n L existence d une hiérarchie de structures entraîne la limitation du fond de ciel 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 23/54
24 Spectre de la distribution des galaxies n Corrélation des galaxies > loi de puissance n Alternative au Big- Bang : non n Turbulence cosmique 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 24/54
25 Vision actuelle de la structuration de l Univers Richard Gott et al. A map of the Universe (2003) 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 25
26 La Terre et son environnement 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 26/54
27 Le Système Solaire 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 27/54
28 Le Nuage de Oort 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 28/54
29 La voie lactéee 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 29/54
30 L amas local 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 30/54
31 L Univers lointain 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 31/54
32 Les Rides de l Univers 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 32/54
33 Le Fond Cosmologique nrayonnement à 3 K norigine ndipôle dû au mouvement 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 33/54
34 Les émissions d avant plan 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 34/54
35 Fluctuations COBE / WMAP 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 35/54
36 Spectre du fond cosmologique 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 36/54
37 La composition de l Univers 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 37/54
38 La Matière Baryonique n Son taux est déterminé par la nucléosynthèse primordiale n Il serait autour de 0.05 n La matière visible est de 0.01 n Le reste de la matière serait la forme De gaz très froid (hydrogène) D objets massifs non lumineux 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 38/54
39 La Matière Noire n Le paradoxe de Zwicky La masse des amas de galaxies est bien plus grande que la somme des masses de toutes ses galaxies. n La Rotation des bords des galaxies La rotation des galaxies spirales induit la présence d une importante masse cachée n Les lentilles gravitationnelles 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 39/54
40 Le taux de matière noire nla distribution actuelle des galaxies et la fluctuation du fond cosmologique conduit à une densité de l ordre de 0.25 de matière massive, dite froide ncette matière aurait très peu d interaction avec la matière baryonique non se perd en conjectures sur la nature de cette matière 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 40/54
41 L Énergie noire n La Constante cosmologique Λ serait de 0.7 nles physiciens des particules ont parfois interprété cette constante comme l énergie du vide naujourd hui on la désigne sous le terme d énergie noire non se perd en conjectures sur sa nature Cela complèterait à 1 la densité de l Univers: l Univers serait plat 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 41/54
42 Formation des structures Texture de l Univers 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 42/54
43 Formation et évolution des structures de l Univers: nl ordinateur permet de réaliser des films montrant comment se forment et évoluent toutes les structures de l Univers nle scénario dépend de paramètres ajustables nil y a un aller-retour entre les résultats de simulation et les données observables n Nécéssité de bons indicateurs statistiques 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 43/54
44 La simulation d Univers 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 44/54
45 Les structures simulées 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 45/54
46 Quelques indicateurs n Statistiques de comptage Probabilité de vide n Corrélation & Analyse spectrale Fonctions de corrélation à n-points Densité spectrale Bi-spectre n Non-Gaussiannité Asymétrie Aplatissement Néguentropie n Fractalité Dimension fractale Spectre des singularités n Morphologie Percolation Les fonctionnelles de Minkowski Le Génus n Décomposition sur différentes bases Ondelettes orthogonales Ondelettes isotropes Ridgelets, Curvelets, Beamlets Karhunen-Loève 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 46/54
47 L algorithme à trous n On effectue des lissages avec un pas proportionnel à l échelle n Filtre binômial 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 47/54
48 Exemple Galaxie NGC janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 48/54
49 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 49/54
50 Décomposition en ondelettes d un comptage de galaxies 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 50/54
51 Décomposition sur la sphère 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 51/54
52 Exemples de simulation ncdm / HDM 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 52/54
53 Indicateur Morphologie/Ondelette n Il s agit de tester l existence de structures filamentaires n La transformée en ondelettes permet de décomposer en structures à différentes échelles n Calcul d un indice morphologique Surface / Volume 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 53/54
54 Conclusion nle modèle du Big-Bang reste la base de la Cosmologie actuelle nla formation des structures peut être simulée numériquement nla texture résultante est d une très grande richesse : amas, superamas, filaments, murs, grands vides nles astronomes sont intéressés par tout nouvel indicateur statistique afin d évaluer les paramètres du scénario 13 janvier 2005 INRIA - Colloquium Morgenstern 54/54
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