Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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84 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers W -0,4 -0,6 -0,8 -1 -1,2 -1,4 -1,6 -1,8 -2 OAB (SDSS) Figure 4. Contraintes actuelles sur l'énergie noire tirées des études au CF HT (supernovae à gauche, cisaillement gravitationnel à droite) et des mesures du SDSS (pour Sloan Digital Sky Survey), sur les oscillations acoustiques baryoniques (OAB). Les contraintes sont exprimées en termes de pourcentage de densité de l'Univers sous forme de matière noire (m =1- où est la densité d’énergie noire) et du paramètre w (ou w 0) de l'équation d’état de l’énergie noire (rapport entre pression et densité d’énergie noire). CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 99,7% 95% 68% m + =1 SNLS 1 an 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 m Mesure de l’effet de cisaillement gravitationnel par le CF HT Deux autres observations cosmologiques devraient permettre de gagner encore en précision : • l’étude des oscillations acoustiques baryoniques, c’est-à-dire les fluctuations du plasma matière/rayonnement dans l’Univers primordial, lesquelles ont laissé leur empreinte dans la répartition des galaxies ; • l’étude de la cartographie de la matière de l’Univers par l’effet de cisaillement gravitationnel. Elle se fonde sur la mesure des formes de galaxies lointaines, déformées par les grandes structures de l’Univers sur la ligne de visée. Cette technique généralise, à grande échelle, la méthode des mirages gravitationnels, utilisée pour reconstruire la distribution de masse des amas et révéler leur contenu en matière noire. Le cisaillement gravitationnel contribue à décrire la distribution de matière noire à l’échelle de l’Univers (figure 3). À l’aide du décalage spectral, déduit des couleurs des galaxies dans plusieurs bandes de longueurs d’onde, cette cartographie s’effectue en trois dimensions – la mesure des propriétés statistiques de l’histoire de la formation des structures de l’Univers n’en devient que plus précise. Le plus important relevé de l’effet de cisaillement gravitationnel a été obtenu grâce à la caméra MEGACAM du CF HT, à partir de l’analyse du relevé « grand champ » effectué pendant la campagne d’observations 2003-2008. Ce relevé a permis de mesurer la densité de l’énergie noire à partir de son effet sur la géométrie de l’Univers et sur le taux de croissance de ses structures. La figure 4 (droite) expose les contraintes obtenues à partir des premiers 20 degrés carrés de ce relevé, qui concordent avec celles déduites des supernovae et des oscillations acoustiques baryoniques. À terme, le relevé de l’effet de cisaillement gravitationnel étendra de dix fois sa surface et posera des contraintes plus précises sur l’énergie noire. Perspectives Des mesures encore plus fines devraient clarifier définitivement le comportement de l’énergie noire. En WO 0 -0,5 -1 -1,5 -2 0,2 0,4 0,6 0,8 1 meffet, les expériences actuelles ne sont sensibles qu’à la valeur moyenne de w sur la gamme des décalages spectraux observés. Les expériences futures auront à tenir compte d’une évolution possible de w avec le décalage spectral. Il s’agit du seul moyen de distinguer entre une pure constante cosmologique et un modèle plus dynamique d’énergie noire. L’Irfu prépare deux expériences sur la question : • la première consiste en un relevé des oscillations acoustiques baryoniques du ciel entier et à trois dimensions, par interférométrie radio. La détection de la raie à 21 cm de l’hydrogène neutre, amènera à remonter à la répartition des galaxies jusqu’à un décalage spectral de 2. Avec une résolution angulaire d’une minute d’arc et une résolution de 0,001 sur le décalage spectral, l’interféromètre HSHS (pour Hubble Sphere Hydrogen Survey) devrait atteindre une sensibilité de 25% sur l’évolution de w, à l’échéance de quelques années ; • la deuxième vise le plus long terme avec un imageur spatial grand champ, appelé Euclid. Cet instrument étudiera, avec une très grande précision, l’Univers sombre à l’aide du cisaillement gravitationnel et des oscillations acoustiques baryoniques. Pour cela, il utilisera un télescope de 1,2m, dont le champ de vision, de 0,5 degré carré, combinera l’imagerie et la spectroscopie dans le visible et le proche infrarouge. La précision souhaitée est de 5% sur l’évolution de w, ce qui permettra de différencier des modèles d’énergie noire dérivant de modifications de la théorie de la relativité générale (voir Les télescopes du futur, p.102). > Vanina Ruhlmann-Kleider Service de physique des particules Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) CEA Centre de Saclay (Gif-sur-Yvette) > Alexandre Réfrégier Service d’astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers)
NASA Théories de l’énergie noire Si les observations sur l’accélération de l’expansion de l’Univers se précisent toujours plus, néanmoins sa description théorique demeure problématique. En effet, plus de dix ans après les premières mesures provenant de l’explosion des supernovae de type Ia, aucune théorie ne peut encore rendre compte de l’ensemble du phénomène. Pire, chacun des scénarios proposés met en défaut les outils théoriques connus. Quelles ont donc été les différentes pistes suivies pour décrire l’accélération de l’expansion de l’Univers et à quelles impasses ont-elles mené ? Pour tenter d’y répondre, il faut prendre pour point de départ que les données d’observations qui ont conduit à la découverte de l’accélération de l’Univers reposent sur la théorie de la relativité générale, pilier de la physique du XX e siècle. Élaborée par Albert Einstein, en 1915, celle-ci réconcilie la théorie de la gravité universelle avec celle de la relativité. Depuis, cette hypothèse a souvent été testée, notamment sur des échelles allant du système solaire aux lointaines galaxies. Elle a même trouvé une application inattendue avec le système de positionnement GPS ! Mais pour modéliser l’évolution de l’Univers dans son ensemble, il faut considérer des échelles beaucoup plus grandes que celles des plus lointains amas de galaxies. À ces distances, l’Univers apparaît isotrope et homogène, c'est-à-dire qu’aucune direction ou aucun lieu ne semble privilégié. Cette observation a été érigée en principe – le principe cosmologique. Relativité générale et principe cosmologique sont à la base des théories développées, depuis les années 1930, pour décrire l’histoire de l’Univers, de la formation des noyaux au rayonnement de fond cosmique. La relativité générale enseigne qu’énergie et géométrie de l’espace-temps sont intimement liées. Par exemple, le Soleil courbe l’espace-temps en son voisinage et dévie les rayons lumineux. En cosmologie, la dynamique de l’Univers résulte de la nature et de la quantité d’énergie contenue en son sein. L'Univers est composé de matière lumineuse formant les étoiles et les galaxies. Il existe aussi un fond de matière dite noire car non lumineuse dont le halo entoure chaque galaxie. Enfin il semble qu'il existe un troisième type de matière qui conduirait à l'accélération de l'Univers. Cette énergie noire n'est pas lumineuse et se trouve répartie uniformément dans tout l'Univers. CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 85



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