Magazine Observatoire de Paris n°11 déc 08/jan-fév 2009
Magazine Observatoire de Paris n°11 déc 08/jan-fév 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°11 de déc 08/jan-fév 2009

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Observatoire de Paris

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 28

  • Taille du fichier PDF : 2,5 Mo

  • Dans ce numéro : 1609-2009, quatre siècles d'astronomie.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Le satellite devant la cuve à vide, lors des derniers essais, fin 2008./The satellite in front of the vacuum chamber during the final tests, end of 2008. I. Domken, Centre Spatial de Liège Contact : Jean-Michel LAMARRE Directeur de recherche CNRS LERMA +33 (0)1 40 51 20 64 jean-michel.lamarre@obspm.fr Les cornets métalliques, partie « émergée » des instruments scientifiques./Metal horns, the « sticking out » part of scientific instruments. I. Domken, CSL 1993. L’acte de naissance du satellite Planck, dans les archives personnelles du chercheur./1993. Planck satellite’s birth certificate, from the researcher’s personal archives. J.-M. Lamarre, LERMA, Observatoire de Paris 20 – MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°11/janvier 2009 LERMA/recherche Planck en route vers l’aube des temps Planck will look back at the dawn of time Le premier satellite cosmologique européen Planck, conçu en partie avec l’aide des chercheurs du Laboratoire d’Étude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique - LERMA, s’envolera début avril sur Ariane 5. Une occasion unique de revisiter l’Univers primordial. The first European cosmological satellite Planck, designed in part with the help of researchers from the Laboratory for the Study of Radiation and Matter in Astrophysics (LERMA), will be launched by Ariane 5 in early April. A unique opportunity to revisit the primeval Universe. Le bébé de deux tonnes, quatre mètres de dimension et 600 millions d’euros promet un véritable bond en avant dans la connaissance du rayonnement fossile du big bang. Et les derniers tests au sol ont encore confirmé ses performances exceptionnelles. « Ce satellite Planck, de l’ESA, est dédié à l’étude du fond diffus cosmologique. Il en mesurera les fluctuations avec une définition améliorée et une sensibilité 10 à 100 fois meilleure que celle de ses prédécesseurs 1. Du coup, on pourra mettre à l’épreuve les aspects les plus profonds des théories de la formation, du contenu, de la géométrie et de l’histoire de l’Univers », explique Jean- Michel Lamarre du LERMA l’un des pères de l’expérience High Frequency Instrument - HFI conçue principalement en France avec le soutien du CNES. En février prochain, le joyau technologique qui concentre le savoir-faire de 300 scientifiques internationaux doit donc s’envoler à bord de l’avion gros-porteur qui l’emmènera vers Kourou, en Guyane. Là, le 16 avril en principe, il sera lancé par la fusée Ariane 5 avec son frère d’aventures Herschel - dédié à l’Univers infrarouge et froid, sur lequel les équipes du LERMA s’investissent également. Au final, l’engin doit opérer à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Gage des prouesses à venir, le cœur de HFI sera refroidi à… 0,1 K : un dixième de degré au-dessus du zéro absolu ! Du jamais vu pour un système expédié par l’homme dans l’espace. L’enjeu : observer le rayonnement fossile du big bang avec une définition inédite (simulation)./The goal : observing the cosmic microwave background from the Big Bang with unparalleled resolution (simulation). Nasa/ESA L’expertise des bolomètres Le but est d’établir une cartographie complète du ciel à neuf longueurs d’ondes, entre 0,3 millimètre et un centimètre, frontière de la radio et de l’infrarouge. « Les résultats de Planck sont appelés à constituer une référence pour vingt ans », assure Jean-Michel Lamarre. « Ils serviront aux astrophysiciens qui s’intéressent à l’évolution de l’Univers né voici 13,7 milliards d’années ainsi qu’aux physiciens des particules qui explorent les secrets de la matière au Grand collisionneur de hadrons - LHC de Genève. » L’instrument HFI a été élaboré dans une large collaboration internationale coordonnée par l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay et ses données seront traitées, en particulier, à l’Institut d’Astrophysique de Paris. Le LERMA héberge le chercheur responsable de l’instrument, Jean-Michel Lamarre, ainsi que son équipe garante des 52 bolomètres ultrasensibles mis en jeu. Elle possède l’expertise de leur calibration et la connaissance analytique de leur comportement. De quoi optimiser l’avalanche attendue de 500 milliards de mesures. The two-ton, four-meter long, 600-million-euro satellite promises a giant leap forward in our knowledge of the cosmic microwave background from the Big Bang, and the latest ground tests have confirmedits exceptional capabilities. « This ESA Planck satellite is dedicated to the study of the cosmological background radiation. It will measure its fluctuations with an improved resolution and 10 to 100 times better sensitivity than that of its predecessors1. As a result, we will be able to test the most fundamental aspects of theories about the origin, contents, geometry, and history of the Universe », explains Jean-Michel Lamarre from LERMA, one of the fathers of the High Frequency Instrument (HFI) experiment, designed for the most part in France with the CNES support. Next February, the technological marvel that concentrates the know-how of 300 international scientists will travel to Kourou, French Guyana, aboard a jumbo aircraft. Once there, it will in principle be launched on 16 April by the Ariane 5 rocket together with its companion Herschel satellite, dedicated to the infrared and cold Universe and on which LERMA teams are also involved. In the end, Planck will operate 1.5 million kilometres from the Earth. The HFI core will be cooled to a temperature of 0.1 K—one-tenth of a degree above absolute zero—a feat never before accomplished by a man-made object travelling through the cosmos. Bolometer experts The purpose of the mission is to draw a complete map of the sky in nine wavelengths, between 0.3 millimetres and one centimetre, the boundary between radio and infrared. « The results obtained by Planck are likely to become a reference for the next twenty years », says Jean-Michel Lamarre. « They will be useful to astrophysicists studying the evolution of the Universe, born 13.7 billion years ago, and to particle physicists exploring the secrets of matter with the Large Hadron Collider (LHC) in Geneva. » The HFI is the result of a large international collaboration that was coordinated by the Institute of Space Astrophysics at Orsay. The data produced will be processed, in particular, at the Paris Institute of Astrophysics. Lamarre is the HFI Instrument Scientist, while his team at LERMA will guarantee the performance of the 52 ultrasensitive bolometers involved. The team possesses an analytic knowledge of their behaviour and the required expertise for their calibration—an expertise that will be needed to cope with the 500 billion measurements that are expected. (1) Cosmic Background Explorer (COBE) et Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) lancés en 1989 et 2001 par la Nasa./Cosmic Background Explorer (COBE) and Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), launched by NASA in 1989 and 2001, respectively.
recherche/LUTH L’énergie noire de l’Univers apprivoisée sur ordinateur Taming Universe’s dark energy on a computer MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°11/janvier 2009 – 21 Elle défie l’entendement depuis dix ans. L’énergie noire qui accélère l’expansion de l’espace a fait l’objet d’une première série de grandes simulations numériques dédiées. Une initiative des cosmologistes du Laboratoire Univers et Théories - LUTH. It baffles astronomers since a decade. The dark energy that accelerates the expansion of space has been the object of a series of numerical simulations by cosmologists from the Laboratory Universe and Theories (LUTH). Combien d’amas de galaxies existe-t-il au juste dans l’Univers ? Et quelle est la masse du plus imposant d’entre eux ? La réponse attendue avec impatience devrait aider à mieux cerner la nature et l’origine de la mystérieuse énergie noire découverte en 1998 et qui semble accélérer l’expansion de l’espace-temps. Pour s’attaquer à ce problème, les cosmologistes du LUTH autour de Jean- Michel Alimi consacrent une série de simulations numériques d’ampleur et de précision records pour tester différents modèles physiques d’énergie noire. Le but : étudier l’influence de ces derniers sur la formation des grandes structures du cosmos. En novembre 2008, donc, les chercheurs ont exécuté une version modifiée par YannRasera d’un programme de Romain Teyssier du CEA sur 12 000 des 40 000 processeurs du supercalculateur parallèle IBM Blue Gene/P de l’Institut du développement et des ressources en informatique - IDRIS du Cnrs à Orsay (Essonne). Les 100 téraoctets de données produites représentent 5 siècles d’opérations sur un ordinateur standard à un cœur ! Un milliard de particules évoluent ici dans un volume allant jusqu’à 12 milliards d’années-lumière de côté avec une définition maximale d’un dixième du diamètre de la Voie lactée. En 13 milliards d’années se constitue un réseau « toile d’araignée » de longs filaments… Aux intersections, les amas de galaxies concentrent 10 milliards à 10 millions de milliards de masses solaires de matière. Tests clefs du cosmos « Nous espérons tirer de ces résultats de précieuses informations quantitatives afin d’orienter nos recherches sur la fameuse énergie noire qui dope l’expansion depuis peu », explique Pier-Stefano Corasaniti. Les observations aboutissent au « modèle de concordance » selon lequel le cosmos se compose à 70% d’énergie noire, plus 25% de matière sombre de composition inconnue et enfin quelques pourcents seulement de matière (baryonique) ordinaire. Ainsi, 95% du contenu de l’Univers resterait… encore inexpliqué. L’essentiel de l’ignorance proviendrait de l’énergie noire et de l’incertitude quant à l’accélération de l’expansion mesurée par les explosions d’étoiles lointaines (supernovae). Pour en rendre compte, les idées fusent : « constante cosmologique d’Einstein » voire « énergie du vide », effet d’antigravité d’une entité dite « quintessence », une manifestation des théories d’unification-supersymétries comme la « supergravité », ou encore « relaxation du principe d’équivalence », égrènent Pier-Stefano Corasaniti et Jean- Michel Alimi. Entre ces hypothèses, si tout va bien, les simulations sur Blue Gene/P permettront d’identifier quels nouveaux tests et observations effectuer afin de trancher enfin. How many galaxy clusters are there in the Universe ? And what is the mass of the largest of them ? The answer, impatiently awaited, should help to better understand the nature and origin of the mysterious dark energy discovered in 1998, which appears to accelerate the expansion of space-time. Jean-Michel Alimi and his cosmologist colleagues at LUTH set out to tackle the problem by carrying out a series of numerical simulations, on an unprecedented scale and accuracy, to test various physical models of dark energy. Their goal was to study the impact of these models on the formation of the largest cosmic structures. In November 2008, using a modified version due to YannRasera of a program written by Romain Teyssier from CEA, the researchers run several simulations on 12,000 of the 40,000 processors of the IBM Blue Gene/P supercomputer at the CNRS Institut du développement et des resources en informatique (IDRIS) in Orsay (Essonne). The generated 100 terabytes of data are equivalent to five centuries of operations on an ordinary computer. The simulation involved one billion particles interacting inside a volume with a side ofup to 12-billion-light-years and with a maximum definition of one-tenth the diameter of the Milky Way. After 13 billion years, a longfilament « spider’s web » network was formed. At the intersections, there were galaxy clusters with masses in the range of 10 billion to 10 million billion solar masses. Key tests for the cosmos « From these results, we expect to obtain valuable quantitative information to guide our research on the famous dark energy that has recently been accelerating the expansion, » explains Pier- Stefano Corasaniti. Observations support a « concordance model », according to which the cosmos is madeup of 70 per cent dark energy, 25 per cent dark matter whose composition is unknown, and only a small percentage of ordinary (baryonic) matter. Hence, 95 per cent of the contents of the Universe still remain unexplained, essentially due to dark energy and the uncertainties on the acceleration of the expansion as measured by the explosion of distant stars (supernovae). As Corasaniti and Alimi point out, there is no shortage of possible explanations : « Einstein’s cosmological constant », « vacuum’s energy », antigravity effect of an entity dubbed as « quintessence », a manifestation of unificationsupersymmetry theories such as « Supergravity », and even « relaxation of the equivalence principle ». If everything goes well, the simulations on Blue Gene/P will suggest the tests and observations that could provide evidence in favour or against each of these hypotheses. Ces simulations préliminaires à 140 millions de particules décrivent trois modèles d’énergie noire indiscernables au moyen des observations cosmologiques actuelles. Chaque couleur montre la structuration de l’Univers dans l’un des scénarios avec des détails inégalés./Preliminary simulations involving 140 million particles describe three models of dark energy indistinguishable using current cosmological observations. Each colour shows the structuring of the Universe in one of the scenarios in unparalleled detail. Vue globale de 700 millions d’annéeslumière de côté./Global view with a 700‐million-light-year side. Zoom sur une région de 150 millions d’années-lumière./Zoom on a 150-millionlight-year region. Zoom sur une zone de 25 millions d’années-lumière. À ce niveau, les différences entre scénarios physiques envisagés sont nettes (couleurs irisées des amas)./Zoom on a 25-million-lightyear region. At this level, the differences among the various physical scenarios investigated are clear (iridescent colours of clusters). Jean-Michel Alimi/Jérôme Courtin/YannRasera, Laboratoire Univers et Théories, Observatoire de Paris Contacts : Pier-Stefano CORASANITI Chargé de recherche CNRS LUTH +33 (0)1 45 07 71 69 pier-stefano.corasaniti@obspm.fr Jean-Michel ALIMI Directeur recherches CNRS LUTH +33 (0)1 45 07 74 06 jean-michel.alimi@obspm.fr



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