Quand les 2 infinis se rencontrent

(1)

Quand les 2 infinis se rencontrent

XXV^ème Festival d’Astronomie de Fleurance

(2)

Rencontre des 2 infinis

- Spectaculaires quasars - Infimes neutrinos

- La voix du Cosmos

(3)

ULAS J1120+0641 Le plus distant, 770 millions d’années

Mystérieux quasars

- Super-lumineux (~100 galaxies)

- Radio (parfois rien en optique)

- Ponctuels (mais pas des étoiles)

3C 273:

le plus brillant

Quasi-stellar radio objects (1950)

→ quasar (1964) ou QSO

(4)

Interférométrie radio

(5)

M87 :

des jets de matière

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Cen A optique

(7)

Cen A radio

(8)

Cen A rayons X

(9)

Cen A composité

trou noir central

jets de particules accélérées

(10)

lumière matière

1 million 3 km de km

Trou noir central

(11)

Gargantuesques quasars

- Trou noir central super-massif

- Entouré d’un disque

de matière surchauffée - 1000 soleils/an

(600 terres/minute)

Milliers/millions de masses solaires

(12)

(13)

Jets supra-luminiques !?

18 mars 1994

27 mars

3 avril 9 avril

16 avril

GRS1915

1 mois

? ?

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A

Jets supra-luminiques !?

18 mars 1994

27 mars

3 avril 9 avril

16 avril

GRS1915

10⁴ u.a. = 2 mois lumière

1 mois

apparents

vers observateur

direction de propagation B

B’

Dt apparent < Dt émission V apparent > V émission

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Carte d’identité du quasar

- Masse colossale

trou noir ~ millions de fois celle du soleil - Luminosité fabuleuse

⟺ 100 galaxies

→ visible à très grande distance - Quasi-stellaire?

galaxie hôte quasi-invisible - Popularité?

1 galaxie / 3 a un trou noir central

1 galaxie / 1 million ressemble à un quasar aujourd’hui 1 galaxie / 1000 par le passé (10 milliards d’années)

→ nombreux dans Univers lointain

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Au coeur de la voie lactée

Orbites planétaires

→ Masse = 3 millions Msolaire

→ Rayon ~ système solaire Trou noir supermassif !

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Rencontre des 2 infinis

- Spectaculaires quasars - Infimes neutrinos

- La voix du Cosmos

(18)

Radioactivité bêta

Pauli (1930) Fermi (1933) Article refusé

par Nature (1934)

Neutrino nécessaire pour conservation de l’énergie Confirmation expérimentale?

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Le neutrino passe-muraille

Interaction TRES faible ! Pour arrêter un neutrino:

- Mur de Plomb entre Soleil et Terre? 1 n solaire / 100.000

- Mur de Plomb jusqu’à Proxima du Centaure? 50% des n

→ Nécessite flux colossal de n

et très grand détecteur! → Réactions nucléaires (1950+)

8 mn-lum*

4,2 années-lumière

(*150 millions km)

(20)

Cowan et Reines

n (bombe nucléaire)

1951: projet approuvé par Los Alamos!

Explosif nucléaire (bombe H)

Pompe à vide

Tube sous vide

Détecteur suspendu

Ligne de

déclenchement

Plumes et mousse Vide

(21)

Cowan et Reines

n (réacteur)

p n e⁺

e^-

1953: non concluant…

n eau

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Cowan et Reines — amélioration du procédé

n (réacteur)

n p

n e⁺

e^-

Confirmation expérimentale de l’existence du n !!!

1956: « détection du neutrino libre: une confirmation »

→ Prix Nobel 1995

Cd

Mise en évidence à la fois de l’électron

du neutron

+15ms Test « témoin » sans réacteur

eau

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Les neutrinos (n) sont partout !

20 millions de n /s

10 milliers

de milliards de n /s

(24)

Première détection de n cosmiques

1986: Cuve de Kamioka au Japon

3000 tonnes d’eau, 1000 tubes photomultiplicateurs

Super- Kamiokande

(1996)

50.000 tonnes d’eau

11129 PMs

(25)

Premières détection de n cosmiques

(26)

Premières détection de n cosmiques

Photo du Soleil prise

DE NUIT !

Détection cone Cerenkov

→ directionalité

(27)

Les neutrinos et le cosmos

Not re u

nive rs

Chart Title

Matière ordinaire

(baryons)

non détectée Matière ordinaire

(baryons)

lumineuse Matière sombre

Nature inconnue

Neutrinos?

(28)

Not re u

nive rs

Chart Title

Matière sombre

Nature inconnue

Les n sont nombreux Les n sont massifs

Quelle masse?

Neutrinos?

(29)

n n

- Neutrinos relativistes (pas la matière) Ne s’agglomèrent pas!

Pas de “galaxie de neutrinos”

- Lissage des surdensités

(30)

Matière noire

“classique” Matière noire

“neutrinos”

(31)

Matière noire

“classique”

Matière noire

“neutrinos”

Simulations

Relevé de galaxies

(32)

n*

* pas à l’échelle ! Le Cosmos*

L’inévitab

le rencontre des 2 infinis

“infiniment”

grand

“infiniment”

petit

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Rencontre des 2 infinis

- Spectaculaires quasars - Infimes neutrinos

- La voix du Cosmos

(34)

Rencontre des 2 infinis

- Spectaculaires quasars - Infimes neutrinos

- La voix du Cosmos

- Observatoire

- Supercalculateurs

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Apache Point (Nouveau Mexique, USA)

SDSS

(36)

Observations à Apache Point

spectre

cible

Cibles

fibres optiques

(37)

3 mois de préparation

- Sélection des cibles (40 quasars et 150 galaxies / deg²)

(38)

Prochaine génération (2019)

Positionneur robotisé

~2 mn

(39)

Cartouche fibrée

5-9 cartouches par nuit

Plaques

post-observation

(40)

Observations at Apache Point

Télescope

Cartouche

(41)

Observations

z = 0

z = 1

z = 2

1.5 millions de galaxies

Distance:

6 milliards d’années-lumière (redshift < 0.7)

190 mille quasars Distance:

12 milliards d’années-lumière

(42)

Décalage vers le rouge (redshift)

Galaxie proche

Galaxie lointaine

Analogie sonore Effet Doppler⟺

(se rapproche)+ aigu + grave

(s’éloigne)

Spectre

Effet de l’expansion de l’Univers

(43)

Quasars : des phares cosmiques

l (Ang)

4000 4400 4800 5200 5600

Lya

Absorption

Abondance du gaz

Absorption Lyman-a à 121.6 nm

(44)

Quasars : des phares cosmiques

Forêt Lya de 190.000 quasars

Carte 3D de l’Hydrogène intergalactique

(45)

Spectres de quasars

2.5 milliards d’a.l.

12 milliards d’a.l.

(46)

Spectres de quasars

13 milliards d’a.l.

z = 7.085

l / l _Lya

(47)

Analyse spectrale

Analogie sonore (signal temporel)

Matière dans l’Univers

(signal spatial)

signal

spectre

signal

spectre

(442 Hz)La

(48)

Matière noire

“classique” Matière noire

“neutrinos”

(49)

Simulations d’Univers

TGCC de Bruyères-Le-Châtel 10.000 processeurs de 8 coeurs

Optimisés pour calcul parallèle

(50)

Ingrédients

- Matière sombre ( essentiel de la masse)→ - Baryons ( galaxies, gaz intergalactique)→ - Neutrinos

Recette

- Gravitation ( tous ingrédients)→

- Thermodynamique, viscosité … ( gaz)→ Temps de préparation

- 7 millions d’heures (800 ans) ? ! ? !

Calcul parallèle (8000 coeurs)

(51)

a

Redshift:

de 15

→ 0

Date:

de 13,5 milliards d’années

→ aujourd’hui

(52)

0.1 eV

0.8 eV

@ G. Rossi

Baryons Dark matter Neutrinos

(53)

Quasars et neutrinos

z=4.4

z=2.2

z=4.4

z=2.2

Données Simulations

n

(54)

Quasars et neutrinos

k (km/s)-1 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018

pP(k)*k/

10-2

10-1

z=2.2 z=2.4 z=2.6 z=2.8 z=3.0 z=3.2

z=3.4 z=3.6 z=3.8 z=4.0 z=4.2 z=4.4

Fourier Transform

Masse des neutrinos

Expérience dédiée 0.06< → Sm < 6 eV Cosmologie → Sm < 0.15 eV

n

(55)

Not re u

nive rs

Chart Title

Matière sombre

Nature inconnue

Les n sont nombreux Les n sont massifs

Neutrinos?

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Neutrinos exotiques?

Amas de Persée par XMM

Signal d’origine inconnue E = 3.5 keV

n stérile ? (masse = 7 keV)

(57)

Neutrinos exotiques?

Neutrinos stériles Matière sombre (froide)

Comparaison aux données quasars

(58)

Conclusion

Masse neutrino ~ 0.1 eV ~ 1O^-37 kg

Masse quasar ~ milliard masses solaires ~ 10³⁹ kg et pourtant…

(59)

Conclusion

Masse neutrino ~ 0.1 eV ~ 1O^-37 kg

Masse quasar ~ milliard masses solaires ~ 10³⁹ kg

(60)

(61)

Déplacements supraluminiques !?

vers observateur

direction de propagation q

B C

bc Dt_e

Emission du 1^er photon en A

Emission du 2^nd photon en B (AB = bcDt_e) 1^er photon est alors en D (AD = cDt_e) AC = bcDt_ecosq

D A

Séparation en projection sur le ciel:

CB = ABsinq = bcDt_esinq

Différence entre les temps d’arrivée:

t₂ – t₁ = DC/c = (AD-AC)/c = Dt_e (1 - b cosq)

Vitesse apparente