Nouvelles fentres sur lunivers Daniel Bertrand 21/01/2005

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  • Nouvelles fentres sur lunivers Daniel Bertrand 21/01/2005
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 2 Domaines dobservation E = h. h = 6,626 10 -34 J.s 2,7K = 3.73 10 -23 J 1 eV = 1,602 10 -19 J Spectre lectromagntique
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 3 Surprises en astronomie EM 1608 Galile dcouvre les lunes de Jupiter (tlescope optique destin la navigation) 1929 Hubble met en vidence lexpansion de lunivers (spectromtre destin lobservation de nbuleuses) 1932 Jansky dcouvre les radio-galaxies (en cherchant lorigine du bruit dans des missions radio) 1960? Des militaires observent des bouffes Gammas (En espionnant des explosions thermonuclaires sur terre) 1965 Penzias & Wilson observent le rayonnement 3K (en tentant dliminer le bruit dans lobservation de radio-galaxies) 1965 Giacconi et col. Dcouvrent des toiles neutrons (en observant les missions en rayon X du soleil et de la lune) 1967 Hewish & Bell dcouvrent les pulsars (en tudiant la propagation des ondes radio dans lionosphre) 1543 Copernic propose le systme hliocentrique 1992 Le satellite COBE fournit les premires donnes sur les fluctuations du rayonnement 3K 2002 Le satellite WMAP fournit des donnes prcises sur la densit de matire et dnergie de lunivers
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 4 Observation Infra rouge VisibleRayons XGammas Bouffes Gammas Coordonnes galactiques Radio Crdit NRAO / AUI / NSF Micro ondes ? Neutrinos ? Ondes gravitationnelles
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 5 Evolution Inflation (Big Bang plus 10 -34 secondes) Big Bang plus 380.000 ans Big Bang plus 13,7 milliards annes prsent Les ondes gravitationnelles peuvent provenir de lorigine de lunivers Onde lectromagntique Onde gravitationnelle Noyaux lgers (Big Bang plus 1 seconde) neutrinos
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 6 Le dcouplage rayonnement matire Temprature compatible avec formation datomes 3000K lquilibre rayonnement matire est rompu Les photons cessent dinteragir avec les lectrons libres Impossible de voir au-del de la surface de dernire diffusion Longueur donde du rayonnement tire par lexpansion de lunivers E ~1/R La densit de matire dcrot en 1/R 3 La densit de rayonnement dcrot en 1/R 3 (gom.)x1/R(ner.)=1/R 4 Au moment du dcouplage: fluctuations de densit de matire Certains photons restent prisonniers plus longtemps Ils constituent des points chauds Ces fluctuations sont restes figes Elles valent actuellement entre 10 -4 et 10 -6 degrs K Leurs corrlations dpendent de la densit de matire et de la densit dnergie Des expriences embarques dans des ballons ou des satellites artificiels ont permis de les mesurer
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 7 WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) Lanc en juin 2001 Refroidissement passif Instruments de mesure diffrentes frquences Prcision absolue 4K
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 8 WMAP positionn au point de Lagrange L2
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 9 Les points de Lagrange Vitesse terre Priode rotation Vitesse satellite r = 1.502.000 km
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 10 WMAP mesure le ciel complet en 6 mois
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 11 Mesures diffrentes frquences 150300450600 GHz 23 GHz 94 GHz61 GHz 41 GHz 33 GHz Soustraction du rayonnement galactique Spectre du corps noir Correspondance parfaite !
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 12 Corrlation des points chauds et froids
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 13 Univers euclidien 0.01 % CMB 0.1 % (?) neutrinos 4 1 % Matire ordinaire (0.02 % C, N, O, Fe; 0.5 % toiles; 3.5 % gaz chauds 66 6 % Energie noire 29 4 % Matire noire froide
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 14 Voir plus loin dans le temps Propagation de dformations de lespace- temps Similaire une onde lectromagntique mais pas de charge Dformation de lespace transversalement la direction de propagation: contraction dans une direction, expansion dans la direction orthogonale Observation ? Evnements cataclysmiques A des distances raisonnables Appareils de trs haute sensibilit Parfaitement isols de leur environnement Les ondes gravitationnelles
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 15 Evidence 17/sec 8 h Pulsar binaire de Hulse-Taylor : PSR 1913 +16 Distance ~ 21.000 al
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 16 - - - + + + Intensit du signal Do vient la difficult dobservation ? Amplitude relative h = L/L Potentiel Newtonien de la source (masse M; distance r) divis par c Energie cintique de la source
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 17 Exemple : systme binaire dtoiles neutrons Masse ~ 3x10 30 kg ~ 1,4 M solaire ; Diamtre 10 km Distance orbitale minimale ~ 20 km Energie potentielle: Frquence de rotation f(100 km) ~ 100 Hz f(20 km) ~ 1 kHz Distance: 50 Mal (amas de la Vierge) ~6 x 10 24 m h ~ 10 -18 sur 100 km dplacement de 10 - 13 m !!
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 18 LIGO Hanford (Washington) Livingston (Louisiane) Instrument : Interfromtre de Michelson Pour augmenter la sensibilit L donn utiliser des GRANDS L L = 4 km
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 19 Propagation lumire - Isolation sismique ! Suspensions actives avec boucles de rtroaction Miroirs : Masses libres une frquence propre de 100Hz masse : 10,7 kg; diamtre 25 cm Tubes: 1,24 m diamtre Vide: 10 -9 torr
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 20 Sensibilit Variation en frquence lors de la coalescence dun systme binaire
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 21 Futur : LISA Positionn au point L5 L = 5.10 6 km Compensation pour les perturbations externes (pression lectromagntique du soleil; effets gravitationnels rsiduels du systme solaire) internes (action des champs lectriques de linstrumentation sur les masses tests)
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 22 Un nouveau messager : Le neutrino Troisime corps de la dsintgration Ne subit que linteraction faible Ont pu tre mis ds la premire seconde de lunivers Indirectement produits lors dinteractions p de protons acclrs dans les ondes de choc dvnements cataclysmiques: explosion de supernovae coalescence de systmes binaires
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 23 Radiation Cerenkov Vitesse de la particule > vitesse de la lumire ct c
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 24 Principe de dtection Effet Cerenkov : n=1.33; c 41 Les photons Cerenkov sont dtects par une matrice de photo- multiplicateurs Les traces sont reconstruites par analyse statistique base sur le temps d arrive des photons. + N + X
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 25 La base Scott-Amundsen
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 26 Module Optique Up-going (de lhmisphre nord) Down-going (de lhmisphre sud) AMANDA-II 19 Chanes 677 modules optiques AMANDA (Antarctic Muon And Neutrino Detector Array)
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 27 Premire carte du ciel austral En dessous de lhorizon : principalement bruit de fond Au dessus de lhorizon: principalement neutrinos atmosphriques 391 jours de prise de donnes (2000-2001) 959 vnements 465 en dessous de lhorizon Pas dvidence de direction dmission privilgie Dviations standards Ecarts par rapport au bruit de fond
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 28 Augmentation de la sensibilit: IceCube Secteur isol AMANDA Dme Piste denvol Ple sud Position prvue 1km ouest Nord
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 29 Le dtecteur IceCube 80 chanes Sparation 17 m entre modules optiques 125 m entre chane Optimis pour intervalle nergie [TeV-PeV(EeV)] 160 rservoirs de glace (2/chane) Cylindre: diamtre 2 m; hauteur 0.9 m 2 modules optiques/rservoir IceCube Station du ple sud Couche de neige
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 30 Rservoir IceTop avec superstructure au ple sud Nov 2003 Vue des modules optiques
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  • Journe de contact enseignants du secondaire. 25/01/2005 D. Bertrand 31 Systme de forage (janvier 2005)
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  • Journe de contact