LA THÉORIE DU BIG BANG

Transcription

1 LA THÉORIE DU BIG BANG Michel DUPUY n L essentiel est invisible pour les yeux. Le Petit Prince - Saint-Exupéry

2 INTRODUCTION PLAN I - RAPPEL II - DESCRIPTION DE L UNIVERS III - SCÉNARIO DU BIG BANG (MODЀLE STANDARD) IV - DISCUSSION V - CONCLUSION

3 I - RAPPEL

4 ESPACE Gravitation Universelle Isaac Newton ( ) Mercure F G

5 ESPACE Gravitation Universelle Isaac Newton ( ) Relativité Générale Albert Einstein ( ) Mercure Mercure F G Périhélie

6 Temps : t 0 Distance : 10 cm Temps t s 0 Distance : 1 année-lumière Soit une déformation de l espace = 1 a.l. / 10 cm = en 10-9 s Temps t + 1 an 0

7 II DESCRIPTION DE L UNIVERS

8 Trou noir massif au centre de la galaxie M = 3,5 millions M

9 Distance = 2,5 millions d a.l. Φ = 1,5 Voie Lactée milliards d étoiles LA GALAXIE D ANDROMÈDE Trou noir supermassif = 200 millions de fois masse soleil

10 STRUCTURE DE L UNIVERS Amas Groupe Local Φ = 10 millions d a.l. 50 galaxies Superamas de la Vierge Φ = 200 millions d a.l galaxies Structure en éponge

11 Image du champ lointain 0,04 x 0,04 GN-z11 13,4 milliards a.l. NG-z11 13,4 Gal galaxies 100 milliards de galaxies de 100 milliards d'étoiles Soit ~10 22 étoiles dans L'UNIVERS OBSERVABLE - UNIVERS HOMOGÈNE ET ISOTROPE - DEUX QUESTIONS

12 COMPOSITION DE L UNIVERS Matière que l on «voit» MATIÈRE ORDINAIRE Vitesse de rotation des galaxies trop rapide MATIÈRE NOIRE L expansion de l univers s accélère ÉNERGIE NOIRE

13 COMPOSITION DE L UNIVERS Matière que l on «voit» MATIÈRE ORDINAIRE 5 % Vitesse de rotation des galaxies trop rapide MATIÈRE NOIRE 707 % 25% 7 L expansion de l univers s accélère ÉNERGIE NOIRE

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19 LOI DE HUBBLE (1929) ÉTUDE DES GALAXIES LOINTAINES DISTANCES : Luminosité des Céphéides VITESSES RELATIVES : Effet Doppler

20 V = Ho x D Ho = Cte de Hubble Ho = D V 2,3 milliards d'a.l. D Temps de parcours = = Âge de l'univers = V 1 Ho

21 ÂGE DE L UNIVERS Ho = 68 km/s.mpc Âge de l Univers = 1/Ho = 13,8 milliards d années Interprétation de Hubble (Effet Doppler-Fizeau) : fausse Décalage vers le rouge Expansion de l univers Dilatation de l espace LOI DE HUBBLE ARGUMENT N 1 DU BIG BANG

22 III LE SCÉNARIO DU BIG BANG

23 V = Ho x D Ho = Cte de Hubble Ho = D V 2,3 milliards d'a.l. D Temps de parcours = = Âge de l'univers = V 1 Ho

24 D = Max PLANK ( ) Université Humboldt Berlin

25 ÉTAPE I : L INFLATION Nature de la matière? Inflaton Expansion : 10 à 10! Fluctuations quantiques t = s t = s t = s 32 T = 10 C T = 10 milliards C

26 INCONNU CONNU Génération des 4 forces de l univers Photon Génération du Champs de Higgs t = s T = 10 milliards C Annihilation matière - anti matière Particules s LHC Protons Neutrons Electrons t = 100 secondes T = 1 milliard C

27 ÉTAPE II : LA NUCLÉOSYNTHÈSE PRIMORDIALE 25 % d He t = 100 secondes t = 300 secondes T = 1 milliard C T = 10 millions C ARGUMENT N 2 DU BIG BANG

28 ÉTAPE III : DE LA TRANSPARENCE DE L'UNIVERS AU RAYONNEMENT FOSSILE t = ans > 3000 < 3000

29 < 3000 = 0,7 µm Après 1 seconde : R = km Après 2 secondes R = km

30 Temps = 500 millions d'années Température = 40 C = 10 µm AUJOURD'HUI Température = C = 3mm

31 L univers n était pas rigoureusement homogène : fluctuation de 0,00001 RAYONNEMENT FOSSILE ARGUMENT N 3 DU BIG BANG

32 LIMITE DE L UNIVERS OBSERVABLE

33 UNIVERS OBSERVABLES Une sphère = univers

34 ÉTAPE III : DE LA TRANSPARENCE DE L'UNIVERS AU RAYONNEMENT FOSSILE t = ans > 3000 < 3000

35 " FAIBLE DENSITÉ " EXPANSION DE L UNIVERS DILUTION " FORTE DENSITÉ " GRAVITATION FUTURE ÉTOILE

36 ÉTAPE IV : FORMATION DES GALAXIES t = 400 millions d'années Fluctuations de la densité de gaz (H + He) Formation de nuages moléculaires géants Formation d'étoiles et de galaxies

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38 LE DESTIN DE L'UNIVERS 1 5 milliards d années : Mort du soleil : Géante rouge Naine blanche milliards d années : Mort des étoiles Naines noires Mort des grosses étoiles : Super novae... Plus de lumière visible 3 Milliard de milliard d années (10 a) : Évaporation des galaxies 11 Trou noir : 10 M années : Évaporation des amas : Trou noir 10 M années : T = 10 K : Évaporation des trous noirs ( ) : Disparition de la matière 18 13

39 IV - CONCLUSION

40 GRAVITATION m e m e F G ÉLÉCTROSTATIQUE e - e - F E

41 GRAVITATION m e m e F G ÉLÉCTROSTATIQUE e - e - F E F = 4, E 42 F G Masse de l'électron : m e = 9, kg Constante gravitationnelle : G = 6, N.m 2.kg -2 Charge de l'électron : e - = 1, C Constante diélectrique du vide : 1 = 8, N.m 2.C 4πɛ -2 0

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