LA THÉORIE DU BIG BANG Michel DUPUY n L essentiel est invisible pour les yeux. Le Petit Prince - Saint-Exupéry
INTRODUCTION PLAN I - RAPPEL II - DESCRIPTION DE L UNIVERS III - SCÉNARIO DU BIG BANG (MODЀLE STANDARD) IV - DISCUSSION V - CONCLUSION
I - RAPPEL
ESPACE Gravitation Universelle Isaac Newton (1643-1727) Mercure F G
ESPACE Gravitation Universelle Isaac Newton (1643-1727) Relativité Générale Albert Einstein (1879 1955) Mercure Mercure F G Périhélie
Temps : t 0 Distance : 10 cm Temps t + 10-9 s 0 Distance : 1 année-lumière Soit une déformation de l espace = 1 a.l. / 10 cm = 10 16 en 10-9 s Temps t + 1 an 0
II DESCRIPTION DE L UNIVERS
Trou noir massif au centre de la galaxie M = 3,5 millions M
Distance = 2,5 millions d a.l. Φ = 1,5 Voie Lactée 1 000 milliards d étoiles LA GALAXIE D ANDROMÈDE Trou noir supermassif = 200 millions de fois masse soleil
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. 10 000 galaxies Structure en éponge
Image du champ lointain 0,04 x 0,04 GN-z11 13,4 milliards a.l. NG-z11 13,4 Gal 10 000 galaxies 100 milliards de galaxies de 100 milliards d'étoiles Soit ~10 22 étoiles dans L'UNIVERS OBSERVABLE - UNIVERS HOMOGÈNE ET ISOTROPE - DEUX QUESTIONS
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
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
LOI DE HUBBLE (1929) ÉTUDE DES GALAXIES LOINTAINES DISTANCES : Luminosité des Céphéides VITESSES RELATIVES : Effet Doppler
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
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
III LE SCÉNARIO DU BIG BANG
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
D = 10 96 Max PLANK (1858-1947) Université Humboldt Berlin
ÉTAPE I : L INFLATION Nature de la matière? Inflaton 50 80 Expansion : 10 à 10! Fluctuations quantiques t = 10-43 s t = 10-35 s t = 10-32 s 32 T = 10 C T = 10 milliards C
INCONNU CONNU Génération des 4 forces de l univers Photon Génération du Champs de Higgs t = 10-32 s T = 10 milliards C Annihilation matière - anti matière Particules -12 10 s LHC Protons Neutrons Electrons t = 100 secondes T = 1 milliard C
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
ÉTAPE III : DE LA TRANSPARENCE DE L'UNIVERS AU RAYONNEMENT FOSSILE t = 380 000 ans > 3000 < 3000
< 3000 = 0,7 µm Après 1 seconde : R = 300 000 km Après 2 secondes R = 600 000 km
Temps = 500 millions d'années Température = 40 C = 10 µm AUJOURD'HUI Température = - 270 C = 3mm
L univers n était pas rigoureusement homogène : fluctuation de 0,00001 RAYONNEMENT FOSSILE ARGUMENT N 3 DU BIG BANG
LIMITE DE L UNIVERS OBSERVABLE
UNIVERS OBSERVABLES Une sphère = 10-13 univers
ÉTAPE III : DE LA TRANSPARENCE DE L'UNIVERS AU RAYONNEMENT FOSSILE t = 380 000 ans > 3000 < 3000
" FAIBLE DENSITÉ " EXPANSION DE L UNIVERS DILUTION " FORTE DENSITÉ " GRAVITATION FUTURE ÉTOILE
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
LE DESTIN DE L'UNIVERS 1 5 milliards d années : Mort du soleil : Géante rouge Naine blanche 2-100 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 27 4 10 années : Évaporation des amas : Trou noir 10 M 100-11 5 10 années : T = 10 K : Évaporation des trous noirs ( ) 10 76 6 10 : Disparition de la matière 18 13
IV - CONCLUSION
GRAVITATION m e m e F G ÉLÉCTROSTATIQUE e - e - F E
GRAVITATION m e m e F G ÉLÉCTROSTATIQUE e - e - F E F = 4,171097 10 E 42 F G Masse de l'électron : m e = 9,1093897. 10-31 kg Constante gravitationnelle : G = 6,673848. 10-11 N.m 2.kg -2 Charge de l'électron : e - = 1,602176565. 10-19 C Constante diélectrique du vide : 1 = 8,987551787. 10 9 N.m 2.C 4πɛ -2 0