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Université de Genève

Dépt. de Physique Théorique

Groupe de cosmologie

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Le groupe de cosmologie

Nous vous invitons à un extraordinaire voyage dans l’espace et le temps...

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Qu’est-ce que la cosmologie?

« L’étude de l’Univers dans sa totalité et à grande échelle, de son origine, sa nature, son contenu et ses propriétés »

Cosmologie

Une machine à remonter le temps

La lumière des objets les plus éloignés a été émise il y a des milliards d’années. En les observant, nous pouvons remonter dans le temps et étudier l’Univers tel qu’il était dans le passé.

Big Bang

Présent

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Cosmologie et physique fondamentale

Temps

Energie / Température

• Observations cosmologiques• Téléscopes / satellites• L’infiniment grand

• Physique des particules• Accélérateurs de particules: des microscopes modernes• L’infiniment petit

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Quelques questions...

Le contenu de l’Univers

• L’espace est-il plat, ouvert, fermé ?• Qu’est-ce que la matière noire ?• Qu’est-ce que l’énergie obscure ?• Quelle est la masse des neutrinos ?

La nature de l’Univers

• Existent-ils des dimensions

supplémentaires ?• Origine des fluctuations primordiales ?• Description de l’Univers primordial ?• Théorie unifiée de la gravité et de la

mécanique quantique ?

L’évolution de l’Univers

• Formation des galaxies et des amas ?• Destin ultime de l’Univers (expansion

éternelle ou collapse) ?• Evolution des structures à grande

échelle ?

La physique fondamentale

• La supersymétrie existe-t-elle ?• Description du potentiel inflationnaire ?• Liens avec la théorie des cordes ?• Comment décrire la physique des

tous premiers instants (effets trans-

planckien, singularités, ...) ?

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Les instruments de la cosmologie moderne

Méthodes théoriques Simulations numériques

Données observationnelles – analyse quantitative

Téléscope spatiale Hubble WMAPTéléscopes terrestres

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La distribution des galaxies

Une carte de l’Univers

Distribution des galaxies

• Reconstruction de la distribution de matière lumineuse de l’Univers

• Chaque point (une galaxie) contient des centaines de milliers de milliards d’étoiles comme le Soleil

• Les galaxies les plus éloignées nous montrent les conditions à l’enfance de l’Univers

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2dF Galaxy Redshift Survey

Un catalogue de plus de 200’000 galaxies !

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Le fonds diffus cosmique

• Découvert accidentellement par Penzias & Wilson en 1964 (ils obtiendront le Nobel de la Physique en 1978)

• Il s’agit de « la lumière refroidie provenant de l’explosion initiale (Big Bang) »

• Il se trouve partout dans l’Univers, avec une température de 3 K (soit -270 °C)

Penzias & Wilson en 1964

T » 3 K

Le rayonnement cosmologique diffus

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Les fluctuations de température dans le fonds diffus

• Une photo de l’Univers tel qu’il se présentait 300’000 ans seulement après le Big Bang

• La comparaison des prédictions théoriques avec les données, nous permet de déterminer plusieurs caractéristiques fondamentales de notre Univers

Les empreintes de l’Univers

Différents modèles donnent différentes prédictionsEffet de la courbure spatiale

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Vol. 302, 12/2003

«Cosmos Sits for Early Portrait, Gives Up Secrets» Feb. 12th, 2003

Le satellite de la NASA WMAP est en train de délivrer des mesuresdu rayonnement cosmologique diffus d’une extrême précision

Vers une cosmologie de haute précision

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De quoi est constitué l’Univers?

5%Matière ordinaire (baryons)

25%Matière noire

70%Energie noire

Energie noire 70%

Matière noire 25%

Matière ordinaire5 %

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Comprendre la formation et l’évolution des galaxies

Galaxie de l’Aigle

Galaxie dans la constellation d’Orion Nébuleuse “à tête de cheval”

Galaxie M82

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Les lentillles gravitationelles

• La trajectoire des rayons de lumière est déviée par la présence d’objets massifs le long du chemin

• Confirmation spectaculaire de la théorie de la relativité générale d’Einstein

• En observant des sources lointaines, nous pouvons reconstruire la présence de matière noire (massive) sur le chemin de la lumière

Distortions de la trajectoire de la

lumière

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Déviation de la trajectoire et déformation

Passage d’un trou noir

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Remonter avant le Big Bang

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singularité ?

• Une description du Big Bang (lui-même) nécessite une théorie quantique de la gravitation (théorie des cordes / M-théorie ?)

• Utilisation des propriétés de dualité de la théorie des cordes pour construire de nouveaux modèles d’évolution cosmologique

• Big Bang : est-ce vraiment une singularité ?

(pré-) Big Bang ?

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Dimensions supplémentaires

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6 dimensions compactes

universvisible

1

1+3

1+3

branecachée

Nombre de dimensions: 1+101 temps3 espace6 compactes1 dim extra (large)

• 1 dimension temporelle

• 10 dimensions spatiales

• Offre une solution au problème de « hiérarchie » : pourquoi la masse (ou l’énergie) de Planck est-elle si grande par rapport aux autres échelles d’énergie connues ?

M-théorie

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Sur notre page web :http:// theory.physics.unige.ch/~fiteo/cosmology.html

ou bien en cherchant avec Google:“Geneva Cosmology Group”

Au revoir !

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