Cycle Histoire du Cosmos
Cours collectif
Cycle de cours de 24h à partir du 21 janvier 2020 Mardi 09h30-12h30
Programme :
1) Etoiles en couples; astres compacts et alchimie universelle – Sylvain Chaty - 21 janvier
Sylvain
Chaty est professeur à l’Université Paris Diderot depuis 2002. Après un
post-doc au Royaume Uni (Open University), S. Chaty travaille sur la formation
et l’évolution des étoiles en couple.
Les
étoiles massives vivent en couple, finissant leur vie en astre compact: étoile
à neutron ou trou noir. Nous observons leur lumière (photons gamma, X, visible,
infrarouge et radio), ainsi que les ondes gravitationnelles (observatoires
LIGO/Virgo). Les premières observations ont révélé: 1. une nouvelle population
de trous noirs massifs, pesant 60 fois la masse du Soleil, et résultant de la
fusion de deux trous noirs, et 2. la fusion de deux étoiles à neutron, créant
les atomes les plus lourds que l’on trouve sur Terre, tel que l’or: ces astres
compacts sont les alchimistes de l’univers!
2) Astronomie Multi-messages : une nouvelle fenêtre sur l'univers cataclysmique - Alexis Coleiro - 28 janvier
Alexis Coleiro est
maître de conférences à l’université Paris Diderot, rattaché au laboratoire
AstroParticule et Cosmologie. Il étudie les sources astrophysiques de haute
énergie d’un point de vue multi-messagers (à l’interface entre rayonnement
électromagnétique, neutrinos et ondes gravitationnelles). Ses activités de recherche
se concentrent sur les projets spatiaux SVOM et Athena.
L’astronomie
connaît depuis quelques années une révolution fondamentale avec la détection de
nouveaux messagers provenant du cosmos. Imaginez-vous soudainement pourvu de
sens nouveaux, vous offrant une vision différente du monde qui vous entoure.
C’est en quelque sorte ce qu’expérimentent aujourd’hui les astrophysiciens.
Après
une introduction qui retracera les grandes étapes de l’astronomie
observationnelle, ce cours abordera la découverte récente de phénomènes
cataclysmiques « multi-messagers » : la fin de vie d’une étoile (ou d’un couple
d’étoiles), et les noyaux actifs de galaxies. Nous verrons ainsi comment la détection
de lumière accompagnée d'un signal d’ondes gravitationnelles ou de neutrinos
nous permet de percer les mystères entourant ces deux familles d’objets
astrophysiques.
3) L'astronomie gravitationnelle –Eric Chassande-Mottin - 4 février
Eric Chassande-Mottin
est chercheur CNRS au laboratoire AstroParticule et Cosmologie de l'Université
Paris Diderot. Il s'intéresse aux ondes gravitationnelles et aux nouvelles
observations astrophysiques qu'elles permettent. Il est membre de la
collaboration scientifique Virgo.
Jusqu'à
un passé récent, la quasi totalité de notre connaissance de l'Univers provenait
de la lumière qui nous arrive des astres. Grâce au travail de centaines de
chercheurs et ingénieurs durant plusieurs décennies, cette situation a changé :
il est maintenant possible d'observer l'Univers autrement, avec les ondes
gravitationnelles. Nous donnerons une vue d'ensemble de cette nouvelle
discipline scientifique qu'est l'astronomie gravitationnelle. Nous partirons
des fondations qui s'appuient sur la théorie de la relativité générale, et poursuivrons
en décrivant la prouesse expérimentale nécessaire à la mesure des ondes
gravitationnelles, pour aller jusqu'aux découvertes majeures qu'elle a permises comme l'observation de la fusion de deux trous noirs
ou de deux étoiles à neutrons.
4) Les neutrinos, messagers de l'invisible – François Vannucci - 11 février
François Vannucci
est professeur depuis 1981. Il fut responsable de plusieurs expériences de
recherche sur les neutrinos au CERN et aux US, en particulier sur leurs
oscillations. Il est l’auteur de nombreux livres de vulgarisation.
Les
neutrinos sont des particules élémentaires aux propriétés très spéciales.
Infiniment plus abondantes que les autres particules de matière, elles jouent
un rôle au niveau de la cosmologie mais pas seulement. Ayant très peu
d'interactions ce sont des particules fantômes qui révèlent les secrets les
plus cachés des phénomènes. Leurs masses partiellement mesurées ont mis à mal
la théorie antérieurement prévalente.
L'état
actuel des connaissances accumulées sur le sujet sera décrit et les questions
en suspens seront examinées.
5) Les rayons cosmiques ultra-énergétiques, une énigme pour l'astrophysique –
Denis Allard - 18 février
Denis Allard est
docteur en physique de l’Université Paris VI et chercheur au CNRS. Son thème de
recherche principal est l’étude du rayonnement cosmique ultra-énergétique et de
ses contreparties “multi-messager”. Il est membre de la collaboration
internationale JEM-EUSO (observatoire de rayons cosmiques ultra-énergétiques).
Les
rayons cosmiques sont des "messagers" méconnus et pourtant
incontournables de l'astrophysique contemporaine. Parmi eux, les rayons
cosmiques ultra-énergétiques (RCUE) sont les particules les plus énergétiques
connues dans l'univers, la recherche de leur origine nous amène à nous
interroger sur des phénomènes astrophysiques fascinants. Après une introduction
historique qui nous ramènera aux origines de la physique des particules, je
présenterai en détail l'astrophysique des RCUE : j'expliquerai "ce qu'est
un rayon cosmique" et le comparerai aux autres messagers astrophysiques,
je présenterai les diverses méthodes de détection de ces particules ainsi que l’état
des connaissances sur leur origine. Je
discuterai enfin de leur influence potentielle sur notre vie de tous les
jours...
6) Une histoire d'hydrogène neutre : l'histoire humaine de sa découverte et l'histoire de son évolution dans l'univers - Steve Torchinsky - 25 février
Steve
Torchinsky est ingénieur de recherche à l'Observatoire de Paris, affecté au
laboratoire Astroparticule et Cosmologie (APC).
Après avoir obtenu son diplôme d'ingénieur à l'université McGill, il a
fait une thèse doctorale en cosmologie observationnelle à l'université
d'Edimbourg. Son parcours de carrière
l'a emmené à plusieurs endroits dans le monde dont l'Ecosse, Canada, Suède,
Porto Rico, et la France. Il travaille au développement d'instrumentation pour
la cosmologie.
L'atome d'hydrogène, le plus simple et le
plus léger des éléments, est néanmoins le plus important composant de matière
dans l’Univers. Depuis sa formation à une époque primordiale de l'Univers, le
gaz d'hydrogène neutre se trouve dans les étoiles, dans l'espace entre les
étoiles, dans les galaxies proches et lointaines, et dans l’espace entre les
galaxies. L'étude de la distribution
d'hydrogène nous renseigne sur l'origine des structures de l’Univers, sur la
géométrie de ce dernier ainsi que sur son évolution depuis l'époque primordiale
jusqu'à nos jours. Pendant cette
conférence, nous tracerons l'histoire de la découverte de l’hydrogène neutre en
astronomie et comment son observation dévoile les mystères de la structure des
galaxies et de notre Univers.
7) Le fond diffus cosmologique, écho du bing-bang - Josquin Errard - 3 mars
Docteur en physique
de l’Université Paris Diderot, post-doctorant à l’Université de Berkeley puis à
l’Institut Lagrange, Josquin Errard intègre le CNRS en 2016 au laboratoire
Astroparticule et Cosmologie. Il est membre de plusieurs collaborations
internationales, qui visent à percer les secrets de l’inflation cosmique, de la
matière noire et de l’énergie sombre.
Sa
prédiction puis sa découverte fortuite en 1964 constitue une des pierres
angulaires de la théorie du Big Bang. Le demi-siècle qui s’ensuivit vit la mise
au point d’instruments de plus en plus complexes, installés au cœur des déserts
terrestres, embarqués sur des ballons sondes ou des satellites. L’observation
de cet écho du Big Bang est une source extraordinaire d’informations pour
comprendre les débuts de notre Univers, sa composition et sa dynamique, à
travers le temps et l’espace. Nous reviendrons sur la découverte du rayonnement
fossile, le cadre théorique sous-jacent, ainsi que les développement continus
de ce champ de recherche. En particulier, la possibilité de détecter des ondes
gravitationnelles primordiales met en ébullition la communauté scientifique
actuelle.
8) Univers primordial : du bing-bang au fond diffus cosmologique – Vincent Vennin - 10 mars
Vincent Vennin est
chargé de recherche au laboratoire Astroparticules et Cosmologie (APC) de
l'Université Paris Diderot. Physicien théoricien spécialiste de l’univers
primordial, il a mené sa thèse à l’Institut d'Astrophysique de Paris, puis un
postdoctorat à l’Université de Portsmouth en Angleterre, avant d’intégrer le
CNRS en 2017.
L’inflation
est une phase d’expansion accélérée dans l’univers primordial, durant laquelle
les fluctuations quantiques du vide sont amplifiées et étirées sur des
distances cosmologiques, donnant naissance aux embryons des grandes structures
de notre univers. Cette hypothèse a été remarquablement confirmée par les
récentes mesures du fonds diffus cosmologique, lumière fossile de l’univers.
Des questions demeurent néanmoins: quel mécanisme physique est à l’origine de
cette phase d’expansion accélérée? Comment la matière telle que nous la connaissons
a-t-elle été produite à son issu? Que s’est-il passé avant, est-il possible que
l’univers ait été en contraction? Comment les fluctuations quantiques se sont-elles effondrées dans des objets classiques? Ont-elles pu
faire émerger un multivers?
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