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Cosmologie

Sigle: S2816, ECTS: 1

Objectifs du cours

En 20 ans, la cosmologie a profondément renouvelé notre vision de l’Univers grâce à de nouveaux moyens d’observation: avec des missions spatiales comme le satellite COBE du début des années 1990, WMAP et très récemment Planck (2009-2013), une précision sur les paramètres du « modèle standard » de la cosmologie de l’ordre du pourcent a été atteinte; au sol de grands télescopes comme ceux du Keck à Hawaï ou les 4 instruments du «Very Large Telescope » de l’Observatoire Européen Austral au Chili ont permis l’étude des supernovae lointaines. L’importance du rôle de la matière noire dans la formation des grandes structures est devenue quasi-incontournable, et les liens avec la physiques des particules plus forts.
De futures expériences en cours de mise en place (Gaia) ou d’élaboration (Euclid), vont prochainement encore affiner ces mesures. Une surprise venant du collisionneur LHC (candidat matière noire, Higgs non standard) pourrait bouleverser la compréhension que nous avons des tous premiers instants de l'Univers.

Le cours constitue une ouverture culturelle sur cette recherche fondamentale de pointe, qui fait régulièrement les unes des journaux scientifiques, en lien très proche avec les sciences de l’ingénieur : découverte du rayonnement fossile par Penzias et Wilson lors d’une expérience de télécommunication, utilisation de la relativité dans les satellites GPS, défis techniques variés posés par la conception des instruments de mesure.

Programme

  1. Généralités : introduction historique – instruments et rayonnements – mesures de distances – planètes, étoiles et galaxies.
  2. L’Univers à grande échelle : paradoxe d’Olbers – effet Doppler-Fizeau – loi de Hubble – rayonnement thermique cosmologique – distribution de la matière – quasars et noyaux actifs de galaxies.
  3. Les étoiles : magnitudes – diagramme HR – énergie thermonucléaire – neutrinos stellaires – critère de Jeans – étapes ultimes, supernovae, naines blanches, étoiles à neutrons, pulsars et trous noirs.
  4. L’expansion de l’Univers : principe cosmologique – densité critique – modèles de Friedmann – univers de matière et de rayonnement.
  5. Vers la relativité générale : principe d’équivalence – espace temps non euclidien – équation d’Einstein – métrique de Robertson et Walker – vérifications expérimentales – ondes gravitationnelles…
  6. Le modèle standard du Big Bang et ses problèmes : mécanique des galaxies et masse cachée – lentilles gravitationnelles – nucléosynthèse primordiale – accélération de l’expansion – constante cosmologique – courbure d’espace.

Modalités d'évaluation

Meilleure note d'exposé ou d'examen oral

Modalités pédagogiques

On s’appuie sur les connaissances acquises en tronc commun, en les illustrant : relativité, mécanique quantique et mécanique statistique, noyaux et particules. Peu de développements théoriques nouveaux sont abordés, en particulier très peu de relativité générale. On s’attache à développer le modèle standard de la cosmologie, en faisant ressortir les faits d’observation ou d’expérience qui le confortent, plutôt qu’à exposer en détail l’astrophysique descriptive. Les hypothèses et les résultats sont méthodiquement soumis à la critique et les variantes du modèle sont mentionnées. Les principales questions ouvertes (la nature de la matière cachée et celle de « l’énergie noire », la formation des grandes structures) sont abordées.

L’enseignement alterne cours et exposés choisis en commun avec les élèves sur des thèmes théoriques ou instrumentaux. L’évaluation se fera sur ces exposés.

Equipe pédagogique

Responsable(s)
Vincent BOUDRY

Chargé(s) d'enseignement

Sigle S2816
Année 3ème année
Niveau Graduate 2nd year
Crédits ECTS 1
Coefficient 1
Nb. d'heures 12
Nb. de séances 10
Type de cours Enseignement spécialisé
Semestre 6
Période Printemps
Domaines
  • Physique
Dernière mise à jour:
20 Jun 2017 12:54 par julien