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PYSIQUE

 

LA VARIATION DES CONSTANTES COSMOLOGIQUES


Conférence donnée le 1er octobre 2002 par Jean-Philippe Uzan. Des observations astrophysiques récentes ont relancé les interrogations sur la constance des constantes de la nature, qui avaient été initiées par P. Dirac en 1937. Après avoir rappelé un certain nombre de faits sur le rôle des constantes en physique et de leur lien avec la métrologie, je passerai en revue les diverses contraintes expérimentales et observationnelles. La compatibilité des différentes mesures et les hypothèses nécessaires à l'obtention de ces contraintes seront discutées. Pour finir, je décrirai les motivations et les modèles théoriques qui permettent de penser des constantes variables.

 

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VOLCANISME ET VOLUTION DE LA VIE SUR TERRE

 

VOLCANISME ET ÉVOLUTION DE LA VIE SUR TERRE


Les causes les plus fréquemment citées des extinctions en masse des espèces biologiques comprennent les impacts d'astéroides, les éruptions volcaniques massives (traps), les variations du niveau de la mer, les événements anoxiques (plus d'oxygène dans les eaux profondes des océans), et aussi des mécanismes purement biologiques liés a la dynamique des espèces. Cet exposé fera le point sur les résultats récents concernant l'âge des principaux traps continentaux et océaniques et montrera un nombre croissant de corrélations avec les extinctions et les événements anoxiques. Seule la limite Jurassique-Crétacé (145 millions d'années) ne semble pas correspondre à un trap et pourtant il en existe un, le Parana en Amérique du Sud, de quelques millions d'années plus jeune (coïncidence ou erreur de datation?). Une des prédictions récentes couronnée de succès est la coïncidence entre les traps d'Emeishan et la fin du Guadalupien (il y a 258 millions d'années), et les traps de la limite Frasnien-Famennien (360 millions d'années) viennent peut être d'être trouvés, étendant la corrélation pratiquement "sans faute" au moins jusqu'au début du Dévonien. En contraste, l'impact de la limite Crétacé-Tertiaire, dont l'existence n'est pas mise en cause, reste à ce jour le seul cas bien établi d'un impact coïncidant avec une limite. La question est alors de savoir quelle aurait été l'amplitude de l'extinction coïncidant avec l'impact si la biosphère n'avait pas ete préalablement stressée par le volcanisme qui se poursuivait alors depuis quelques centaines de milliers d'années. Les variations du niveau de la mer, qui ne peuvent evidemment être associeés aux impacts, peuvent très bien l'être aux traps. Il semble donc que ce soit des "pulsations internes" caractéristiques de la dynamique du globe qui soient responsables la plupart du temps au Phanérozoique de ces brefs épisodes où ce ne sont plus les mieux adaptés mais les plus chanceux qui survivent.

 

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LE CLASH DU DRAGON

 

Paris, 16 février 2012


Le clash du Dragon
La galaxie spirale NGC 5907, dans la constellation du Dragon, serait née d'une collision-fusion majeure survenue il y a 8 à 9 milliards d'années. C'est la conclusion que tirent six chercheurs de l'Observatoire de Paris, du CNRS, de l'Académie des sciences chinoise et d'Aix-Marseille Université après 18 mois de travail et des simulations numériques impliquant 200 000 à 6 millions de particules qui expliquent – en images - comment s'est formé ce vaste ensemble de gaz et d'étoiles entouré de boucles de matière. Les résultats, publiés en ligne le 13 février 2012 par Astronomy and Astrophysics, constituent un test des scénarios cosmologiques.
De nombreuses collisions ont perturbé l'évolution des galaxies, telles que notre Voie lactée, depuis l'aube de l'Univers. Environ la moitié des galaxies spirales actuelles auraient ainsi subi des épisodes de collision-fusion majeure au cours des derniers 9 milliards d'années. La galaxie vue de profil NGC 5907, à environ 45 millions d'années-lumière de distance, dans la constellation du Dragon, fait partie de celles-là. Elle revêt un aspect effilé de "lame de couteau" car elle est vue par la tranche et dépourvue de bulbe central proéminent : ce type de galaxies dominées par leur grand disque semblait, jusqu'ici, plutôt difficile à produire via des fusions majeures de galaxies. 

Les images très profondes à grand champ réalisées depuis 1998 révèlent un astre entouré d'un système complexe de courants, d'arches de matière et de boucles géantes de matière qui retombent sur lui. Le phénomène dessine une rosette ténue autour de la galaxie. Il constituerait l'empreinte fossile de la rencontre à l'origine de NGC 5907. Durant 18 mois, une équipe de six chercheurs appartenant à l'Observatoire de Paris, au CNRS, aux Observatoires astronomiques nationaux de l'Académie des sciences chinoise et à l'Institut Pythéas (Aix-Marseille Université/CNRS) a étudié ceci de manière intensive à l'aide de simulations hydrodynamiques mettant en œuvre de 200 000 à 6 millions de particules afin de comprendre la formation des structures. Au final, elle s'explique si l'on suppose que l'astre a été engendré par collision de deux galaxies spirales de taille assez comparable : l'une probablement 3 à 5 fois plus massive que l'autre.

Aujourd'hui, de nombreuses galaxies spirales de l'Univers local possèdent de telles structures étendues, peu lumineuses et rougies dans leur voisinage : le halo périphérique. Autour de NGC 5907 du Dragon, les boucles se prolongent jusqu'à 150 000 années-lumière de part et d'autre du disque : une distance comparable au diamètre de la galaxie, 180 000 années-lumière. Les trainées incurvées se composent des étoiles arrachées, lors de la rencontre, par la gravité et les forces de marées. Leur forme est délicate à prédire. Pourtant, les astronomes français et chinois sont parvenus à la reproduire par le calcul : un disque mince, voilé (gauchi) entouré de quatre boucles géantes autour.

L'Univers à l'épreuve
Cette étape représente un test des scénarios cosmologiques de formation et d'évolution de l'Univers. Parmi ceux-ci, le "modèle hiérarchique" stipule que les galaxies se seraient assemblées par fusion et acquisition de briques successives.

Jusque-là, la morphologie torturée du voisinage de la galaxie spirale du Dragon semblait davantage due à la collision mineure d'une galaxie spirale principale et d'un petit compagnon ou satellite, 100, 400, 1000 ou 4000 fois moins massif. À la lumière des simulations, cette option paraît défavorisée : aucun des modèles ne résiste à l'interprétation cosmologique. Au contraire, la galaxie de 85 milliards de masses solaires, composée à 23 % de gaz d'hydrogène-hélium et à 77 % d'étoiles brillantes, le tout baignant dans un halo de matière noire quatre fois conséquent, se serait formée par collision de deux galaxies spirales riches en gaz. La fusion de deux univers-îles d'un total de 90 milliards de masses solaires, et qui contiendraient 60 à 80 % de gaz plus 40 % à 20 % d'étoiles, serait de nature à produire la galaxie souhaitée. Les disques des galaxies initiales sont détruits par l'interaction, puis reconstruits sous forme d'un seul.

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ONDES GRAVITATIONNELLES

 

23 mai 2007


Ondes gravitationnelles : Virgo entre dans sa phase d'exploitation scientifique
Le 18 mai 2007, l'interféromètre Virgo a débuté sa première phase d'exploitation scientifique. Il s'agit d'une étape cruciale dans la traque aux ondes gravitationnelles. Virgo, le plus grand détecteur européen (franco-italien), vient rejoindre les détecteurs LIGO, aux États-Unis. Ce réseau ultraperformant d'instruments d'observation aura notamment la capacité d'observer la coalescence (1) de trous noirs binaires dans des galaxies éloignées et de fournir des informations sur la direction de la source. Le fonctionnement de Virgo est assuré conjointement par le CNRS et l'Institut national de physique nucléaire italien (INFN).
Les ondes gravitationnelles, prédites par la théorie de la relativité générale, sont des déformations de l'espace temps. Elles sont produites par des phénomènes astrophysiques violents dans notre galaxie et bien au-delà. Par exemple, les explosions de supernovae ou la coalescence de deux corps compacts, tels les trous noirs ou les étoiles à neutrons. Aujourd'hui, seules des preuves indirectes de l'émission d'ondes gravitationnelles ont été observées (récompensée par le prix Nobel de physique en 1993). La première observation directe ouvrira le champ de l'astronomie gravitationnelle et permettra d'approfondir notre compréhension de la gravitation et de la relativité générale.
Avec la première phase d'exploitation scientifique de Virgo, qui a commencé le 18 mai 2007, c'est désormais chose possible. Virgo fonctionne de jour comme de nuit, constamment à l'écoute des signaux gravitationnels provenant de l'Univers proche (jusqu'à l'amas de galaxies Virgo, d'où son nom). Une équipe d'opérateurs et de scientifiques exploite et surveille l'instrument 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Les signaux sont détectés, enregistrés et font l'objet d'une première analyse à l'aide d'un système informatique en ligne. Ces données sont ensuite mises à la disposition de la communauté scientifique pour une étude ultérieure plus avancée.
Le détecteur d'ondes gravitationnelles Virgo est essentiellement un interféromètre laser de Michelson constitué de deux bras orthogonaux de trois kilomètres de longueur. La lumière voyage plusieurs fois entre deux miroirs situés aux bouts de chaque bras, avant de se combiner avec la lumière en provenance de l'autre bras pour interférer. Les ondes gravitationnelles devraient se manifester par des dilatations et des contractions de la distance entre les miroirs de chaque bras (et par un changement de l'interférence), de l'ordre d'un milliardième du diamètre d'un atome (10-18 mètre). Pour déceler des changements si infimes, le détecteur fait appel aux technologies les plus avancées, dans les domaines de la métallurgie, de l'optique, des systèmes de contrôle, du vide, de l'informatique, de l'analyse de données etc. Les laboratoires du CNRS d'Annecy, Lyon, Nice, Orsay et Paris (2) sont fortement impliqués dans Virgo et dans le consortium EGO (cofinancé par le CNRS et l'INFN), qui abrite et assure le fonctionnement de Virgo.

Les équipes de VIRGO se sont alliées aux scientifiques de LIGO aux Etats-Unis et de GEO au Royaume-Uni et en Allemagne, afin de rechercher en commun les ondes gravitationnelles. Les données combinées augmenteront les chances de trouver les premières ondes gravitationnelles et fourniront davantage d'informations sur la position de la source. L'analyse commune des données se fera comme si elles provenaient d'un détecteur unique constitué de plusieurs sondes réparties sur les deux rives de l'Atlantique et sur la côte est du Pacifique.

DOCUMENT            CNRS                LIEN

 
 
 
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