Guy CHOLLET avec La Commission Cosmologie de la S.A.F. & l’Observatoire de Rouen présente :

1. Guy CHOLLET avec La Commission Cosmologie de la S.A.F. & l’Observatoire de Rouen présente : Les Trous Noirs : armageddons ou poules prodigues ?

2. Le mot Armageddon est généralement employé au singulier car il est synonyme de « catastrophe finale ». Son origine remonte à l’an 609 av. J.C. Cette année là, le roi juif Josias du royaume de Juda, fut défait et tué sur la colline fortifiéede Megiddo (ou Har Megiddo) par le pharaon Nékao II. Il est moins utilisé en régions catholiquesque dans les pays qui lisent couramment la Bible. Ainsi, sous ce titre, en 1998 et aux USA, Michael Bay réalisaun film catastrophe dans lequel la Terre entière étaitmenacée de destruction par un gros astéroïde ... S ’agissant d’astronomie et de rencontres fortuites nous avons donc retenu ce mot court plutôt que celui de « monstres voraces ».

3. Introduction • Pas plus aujourd'hui qu’hier, nous estimons qu’il ne peut être question de dire « comment l’Univers est apparu ». • Nous pouvons simplement exposer les différentes phases de la prise de conscience humaine … • Et faire le point des connaissances actuelles, afin de satisfaire notre curiosité de chaque jour.

4. Les cieux pour les mortels sont un livre entrouvert,Ligne à ligne à leurs yeux par la nature offert ;Chaque siècle avec peine en déchiffre une page,Et dit : “ ici finit ce magnifique ouvrage ! ”Mais sans cesse le doigt du céleste écrivainTourne un feuillet de plus de ce livre divin,Et l’œil voit, ébloui par ces brillants mystères,Etinceler sans fin de plus beaux caractères . . .Alphonse de Lamartine 1830 (Les Harmonies Poétiques et Religieuses)

5. Résumé historique ***** Pour les Anciens : LA TERRE ETAIT PLATE, petite et de création récente. 1) Il n’y avait pas d’évolution et tout fut créé d’un coup. 2) La Terre fut créée dans l’intérêt des hommes : - le Paradis est très au dessus de sa surface ; - l’Enfer est au-dessous des lieux où nous vivons. 3) Durant la nuit le Soleil éclaire l’Enfer. Notre monde est entouré d’eau et, le niveau de ces eaux restant constant,il existe des cataractes aux limites de l’océan périphérique. 4) Tous les astres du ciel tournent autour de la Terre. 5) L’Univers se limite à cette petite Terre plate.

6. L’évolution des concepts Durant la période historique (depuis 2 à 3000 ans avant notre ère) Suite aux récits des marins et des caravaniers 1) La Terre devient sphérique car il fallut expliquer : - pour un même jour, les variations de l’ensoleillement local observé ; - l’apparition et la disparition locale de certaines constellations ; - le fait, qu’à grande distance, on ne voit pas la base des objets. 2) On commence à connaître ses dimensions OFFICIELLEMENT, environ 200 ans avant notre ère, Eratosthène réalisa la première mesure méridienne. Il est relaté que : « Après avoir arrondi des comptages de pas(de dromadaires),afin de faciliter les calculs ultérieurs, il retint le nombre fort remarquable de 252000 stades » et obtint (très probablement, avec nos actuelles unités) : 39700 km contre 39940 km pour la vraie valeur ! Cette mesure n’est donc pas " une première". En effet, dès le débutdes Jeux Olympiques, en ~776, le "Stade" était déjà défini.

8. La période moderne(pour nous à partir de l’an 1500 de notre ère) Après les travaux de Copernic (1473-1543), Galilée (1564-1642), Kepler (1571-1630) et Newton (1642-1727) 1) La Terre tourne autour du Soleil et cesse d’être l’Eden attribué à l’Homme par un Dieu tout puissant. 2) L’Univers s’agrandit ; suite à l’Attraction Universelle, il ne peut plus être qu’infini ou fini mais en rotation. 3) Le temps et l’espace deviennent des valeurs absolues indépendantes ; seulLeibniz apporte quelques nuances en distinguant les « monades » (substances simples et actives) des « principes » qui en permettent l’assemblage. 4) La Création est continue, (sauf pour Leibniz) : ni le temps ni l’espace ne peuvent avoir d’origine précise. MAIS :

9. il y a l’ IMPORTANCE DES GENESES REVELEES : ***** Si nous nous limitons à la civilisation occidentale : - l’Univers fut créé en six jours ; - en 1861 Edouard Lartet, découvreur du premier singe fossile d’Europe, s’insurgeait encore « contre les faiseurs de systèmes chronologiques se référant à la Bible » et, présentement, certains Créationnistes s’opposent toujours à l’Evolution ! 1) Pour les Juifs : Création du Monde le dimanche 06 octobre ~3761. 2) Pour les Chrétiens : L’archevêque anglican James Ussher (1581-1656) révisa la chronologie traditionnelle et, s’appuyant sur la généalogie d’Abraham, reporta cette Création du Monde au mercredi 26 octobre ~4004. 3) Depuis fin 1951 le pape fait de l’Expansion Universelle : « Le Fiat Lux scientifique de la Création. »

10. Le grand tournant des XIX & XX me siècles - Vers 1676, Römer avait estimé la vitesse de la lumière. - Vers 1860 Maxwell émit le concept d’une « vitesse limite » liée à la célérité des ondes électromagnétiques : on le dénia. - Après 1887, suite à l’expérience de Michelson, il apparaît que cette vitesse de la lumière est une constante reliant le temps et l’espace : les principaux concepts de Newton furent condamnés! Les mathématiciens LorentzetPoincaré en tirèrent vite les conséquences puis, en 1915, Einstein élabora la Relativité Générale. - Vers 1917 ; De Sitter énonça la possibilité d’un univers sans matière ; et Einstein, ayant voulu un univers « stationnaire, éternel, homogène et limité dans l'espace», dût rajouter à ses équations une « constante cosmologiqueL» (lambda) . - Avant 1990, cette constante L , capable de contrarier l’effet de la gravité, fut rejetée par la majorité des théoriciens ...

11. Fin du XIX me s. : L’UNIVERS CESSE D’ ETRE INFINI Un siècle seulement nous sépare de ce schéma ! PUIS :

12. - Fait inimaginable : en 1931, Dirac démontra l’existence du positon ou antiélectron et, par là, d’une « antimatière » ... • - De 1940 à 1980 on découvrit que toutes les particules constituant notre monde possèdent leur particule miroir ou « antiparticule » et que la rencontre de ces particules symétriques provoque toujours leur annihilation avec apparition d’énergie. Seuls les photons (émission de la couronne électronique) font exception en constituant leurs propres antiparticules, et les neutrinos (émissions du noyau atomique) peuvent muter en inversant leur spin (rotation). • - Malgré ce fait, qui interdit de reconnaître par l’observation directe la véritable nature de deux mondes lointains et totalement séparés, l’antimatière ne fut pas introduite comme composant de notre univers actuel.

13. Dès 1934, Gamow affirma que cette théorie de l’Expansion Générale conduirait à la découverte d’un grand rayonnement thermique universel ! • En 1964 Penzias et Wilson découvrirent (par hasard) un rayonnement omniprésent témoignant d’une température universelle de 2,73 K . Bien qu’auparavant les principaux défenseurs de la théorie de l’Expansion aient surtout affirmé « qu’il fallait rechercher cette température aux environs de40 à 50 K » , on adopta ce fait et on rectifia la Théorie afin d’en faire " le modèle standard " servant de référence ! • De plus, cette adoption se fit en ne tenant aucun compte : - des données anciennement établies et relatives aux capacités calorifiques de certains gaz à très basse température … - des interactions pouvant exister entre la matière et les rayonnements électromagnétiques (Relativité, Effet Raman) …

14. Origine : Revue FUSION N°61 Mai / juin 1996 Il y a discontinuité de la courbe de chaleur spécifique de l’hélium aux environs de 2 K

15. LE MODELE DU BIG BANG***** Principaux théoriciens : FRIEDMANN, GAMOW, LEMAITRE, SANDAGEet ROBERTSON-WALKER ***** L’Univers est en expansion; il existe un rayonnement général Cosmologique, parfaitement uniforme et isotrope à 10-5 près (mêmes propriétés physiques dans toutes les directions) . • Ce rayonnement est celui d’un corps noir parfait à 2,725 K +- 0,01° • L’âge de cet univers est de 13,7 +- 0,2 milliards d’années. La composition initiale en gaz (75% H, 24% 4He, 1% D + 3He + 7Li) s’accorde avec l’existence d’une phase initiale chaude à 3000 K . Les sections de cet univers sont plates(sa courbure est très faible). Cette découverte s’oppose probablement à « l’Univers Chiffonné  » défendu, en particulier, par Jean Pierre LUMINET.

16. La continuité de l’expansion (avec ou sans inflation)implique que, à l’origine des temps, tous les éléments constituant l’Univers étaient confondus. 1) Sur la base des dimensions admises (rayon d’environ 13,7 . 10 9 années lumière, masse volumique moyenne d’au moins 10 - 30 g / cm3) ; la masse minimale de l’Univers connu est de 1048 tonnes. 2) Suite aux travaux de Max Planck (mécanique quantique) et de Louis de Broglie (mécanique ondulatoire) ; notre matière étant surtout lacunaire, il faut qu’elle puisse indéfiniment s’effondrer quand elle se transforme en énergie (c’est également l’hypothèse la plus souvent retenue pour l’intérieur des trous noirs) . Suivant le sens du mouvement étudié, on se heurte cependant tour à tour : au passage transitoire par un rayon de Schwarzschild (diapo 28) d’environ 150 .10 6 al ; au mystérieux « Mur de Planck », cette notion provenant d’une combinaison des valeurs extrêmes, et toujours inaccessibles, actuellement définies par la physique : Température : 10 32 °, Energie : 10 19GeV, Dimension : 10 - 33 cm

17. La logique avait d’abord conduit à supposerun ralentissement progressif de cette expansion universelle.

18. L’observation de nombreuses supernovae lointaines conduit à la conclusion inverse : il y a maintenant une accélération progressive de cette expansion, d’où,si l’on ne souhaite pas introduire une autre conception : - un L lié à la présence d’une constante cosmologique due à « l’énergie du vide » (l’Energie Sombre) ; cette énergie pouvant aussi rendre compte de la « comobilité des galaxies » si chère à de nombreux cosmologistes ; - la nécessité d’un point d’inflexion, l’expansion ayant commencé en une zone de faibles dimensions (dans le cas contraire nous verrions peu de galaxies). Or, AUCUN POINT D’INFLEXION N’EST OBSERVE : « on se contente de calculer ce point » ( sic M. Jérôme MARTIN - IAP)

19. N.A.S.A. SCHEMA EN TROIS DIMENSIONS D’UN ESPACE-TEMPS A QUATRE DIMENSIONS Origine du Temps & de l’Espace 4 à 5 x 10 9 ans : Inflexion calculée RFC observé 19

20. Suivant sa valeur, cette expansion accélérée conduirait vers un « Big Chill » (refroidissement) ou un « Big Rip » (déchirure) .

21. PRINCIPE ENTROPIQUE DE CARNOT ***** Le physicien Sadi Carnot est le fils de Lazare Carnot, éminent ministre des armées de la Révolution puis de Bonaparte et plus connu sous le nom « de Grand Organisateur de la Victoire ». Il posa les bases d’une discipline nouvelle : la thermodynamique. Partant d’un axiome pratique « la conservation de la chaleur », il énonça les grands principes théoriques permettant de concevoir toutes les machines thermiques envisageables. Il constata qu’il y a constamment une dégradation de l’énergie utilisée et définit l’entropie. L’entropie est donc le degré de dégradation de l’énergie d’un système thermodynamique. Son accroissement signifie une augmentation du désordre ou, de l’incertitude concernant ce système.L’évolution n’étant pas réversible, on constate qu’elle ne peut qu’augmenter au cours du temps. En cas d’évolution parfaitement réversible, l’entropie reste nulle.

22. VIE & EVOLUTION DES ETOILES ***** Plus une étoile est grosse plus son évolution est rapide Seul le trou noir (ou astre compact) est immuable

23. 1) La naine blanche explose quand elle atteint ( ou dépasse brusquement) une masse critique d’environ 1, 4 masse solaire. 2) L’étoile à neutrons disparaît, en devenant un trou noir, quand sa masse dépasse 2, 5 masses solaires. On ignore s’il existe vraiment des trous noirs dont la masse est inférieure à cette valeur. ZONE HYPOTHETIQUE

24. Dessin classique Jet Etoile vampirisée Trou noir On a longtemps mis en doute l’existence des trous noirs dont Laplace fut le précurseur. Initialement, on estimait que, si ces objets existaient vraiment, ils vampirisaient le milieu proche et, accessoirement, émettaient des jets plasmatiques quise diluaient peu à peu dans l’univers ...

25. 1992 S2 1998 Document ESO VLT Paranal 2000 2003 Sgr A Les trous noirs existent bien au centre des bulbes galactiques !Pour notre galaxie, la Voie Lactée, on peut suivre les mouvementsorbitaux des étoiles qui sont les plus proches du puissant émetteur SgrA : en 25 ans environ, elles parcourent des orbites elliptiquesdont les axes mesurent quelques jours lumière, ce qui est très rapide.Il s’avère que la masse de ces trous noirs centraux dépend de la masse des bulbes galactiques (en moyenne 1/600 pour les galaxies proches ; 1/50 pour les lointaines galaxies dont la masse, déterminée en radio, ne peut pas être précisée avec leurs émissions optiques).

26. Dessin réaliste Trou noir aspirant la matière et les photons des rayonnements électromagnétiques : c’est l’Armageddon.Les lignes de champs magnétiques s’enroulent dans le plan du disque : cette remarque incite à opter plutôt pour des astres obscurs complexes.

27. Le trou noir de Kerr LE TROU NOIR EST EN ROTATION RAPIDE L’espace-temps, et tout se qui s’approche de l’objet, s’enrouleautour de cet astre compact dont nous ne connaissons que « l’horizon ». La quantité de matière absorbable est limitée par la vitesse périphérique à l’horizon du trou noir ; cette vitesse ne pouvant pas dépasser c. L’excès de matière est donc éjecté sous forme de jets polaires plasmatiques. Cette éjection conduit à une diminution de l’énergie interne du trou noir ; et, la conservation du moment cinétique de cet astre nécessite, à son tour, une contraction de cet objet compact, et / ou, une nouvelle possibilité d’absorption de la matière située à l’extérieur. Par ces jets polaires, il y a donc une régulation énergétique globale.

28. Appelons G la constante de la gravitation universelle ; M la masse d'un corps et R le rayon d’une orbite, la vitesse de libération depuis ce corps est Pour un trou noir, aussi appelé « astre compact »,V= c = vitesse de la lumière, nous obtenons : R c 2 = 2 G M soit, Rayon de Schwarzschild = Nous ne connaissons que « l’horizon » des trous noirs, cependant, leur constituant principal pourrait être quasiment-sphérique : 1) leurs masses volumiques moyennes seraient alors inversement proportionnelles au carré de leur rayon, donc de leur masse. - Or, la plus forte masse volumique sûrement connueest celle d’un fluide neutronique ; - Pour un très gros trou noir, cette masse volumiqueserait voisine de celle de notre atmosphère.

29. 2) leur surface extérieure serait S = 4 p Rs2 soit : S = Elle s’accroît comme le carré de leur masse donc, plus vite qu’elle. Beaucoup de physiciens considèrent que l’entropie des trous noirs croît avec leur surface extérieure : en ce cas, comme tout ce que nous connaissons, ils auraient donc aussi une entropie positive ... D’autres physiciens, considérant qu’il s’agit de trous noirs de Kerr, font remarquer que les horizons ne sont pas sphériques mais assez plats et que nous ignorons totalement le volume réel des contenus : cette surface extérieure pourrait donc être presque deux fois plus faible. De plus, suite à ce que nous venons d’exposer, les interactions électromagnétiques intervenant surtout en périphérie, (sur un cercle) ces astres pourraient avoir une entropie négative ! N’étant pas spécialiste, nous admettrons cette hypothèse, le premier cas interdisant à ces objets de vraiment « recycler » la matière. 16 p G 2 M 2 C 4

30. De son côté, Fred Hoyle : - défendit le concept d’une apparition en tous lieux (ou d’unrecyclage permanent) de la matière que nous connaissons ; mais, ignorant plus ou moins volontairement les« astres compacts », pouvant seuls créer des discontinuités dans l’Espace-temps et contrarier le « Principe Entropique de Carnot », il en resta à cette hypothèse élémentaire ; - puis, vers 1957, aidé de W. Fowler et des époux Burbidge, démontra que les supernovae créent puis éjectent, dans l’espace, tous les éléments lourds situés au-delà du lithium. Enfin, par dérision, il qualifia de " Big Bang "  la « puérile théorie de l’œuf originel » et fit remarquer : qu’il ne s’agissait que « d’une nouvelle genèse scientifique » ! (Il confirma ainsi l’opinion émise, fin 1951, par Pie XII) Enfin, après avoir respecté le Principe Entropique de Carnot, il n’osa pas s’affranchir de l’Espace en Expansion.

31. La dualité onde – particule - Kirchhoffinventa la notion de corps noir. - Planckdécouvrit que la puissance émise par unité de surface du corps noir, ou exitance énergétique, est une fonction de la température absolue de ce corps et que sa longueur d’onde varie. - Wienmontra que l’émission du corps noir passe par un maximum.

32. La dualité onde-particule ou dualité onde-corpuscule est un principe selon lequel tous les objets de l'univers microscopique présentent simultanément des propriétés d’ondes et de particules. Ce concept fait partie des fondements de la mécanique quantique. Jean-Marc Levy Leblond et Françoise Balibar ont proposé d'utiliser le terme de « quanton » pour parler d'un objet quantique.Un quanton n'est donc ni une onde, ni un corpuscule, mais il peut présenter ces deux aspects selon le principe de complémentarité de Bohr. En 1924, dans sa thèse, Louis de Broglie affirma que toute matière (et pas seulement la lumière) a une nature ondulatoire. Il s’en suit que, si la température de l’émetteur est suffisamment élevée, (ce qui peut être le cas près d’un astre compact), cet objet peut émettre des électrons, des protons et même des neutrons. Les astres compacts pourraient donc « produire de la matière » et, créant un environnement avec une entropie négative,s’opposer localement au principe entropique de Carnot.

33. Premier exemple M 87 (NGC 4486) dont le diamètre dépasse les 120 000 années-lumière, mesure 20% de plus que notre galaxie spirale, la Voie Lactée. M87 est la galaxie dominante de l’amas des galaxies de La Vierge. Située à quelque 54 millions d’années-lumière de nous, elle abrite en son centre un trou noir super-massif émettant un jet de particules de haute énergie. C’est l’un des rares émetteurs dont nous sommes sûrs de la distance . Image de la galaxie M 87 et de son jet, en lumière visible

34. Document Wikipédia Le jet plasmatique et son panache, dont la nature exacte est encore inconnue, observés en interférométrie, dans M87. L’interférométrie est une technique, inventée par Michelson en 1930. Elle consiste à additionner la lumière collectée par plusieurs télescopes. Cela donne des franges d’interférence qu’il convient d’analyser avec un microscope.

35. La luminescence des jets est remarquable et la vitesse de propagation des ondes lumineuses y dépasse c ! (Ce fait semble également établi au cœur de M1)

36. La magnitude absolue de cette galaxie est de -22. A l’observatoire de Lick, dès 1918, Heber Doust Curtis mit en évidence un jet de particules, long de 214 al, émis par son noyau. Cet objet central super-massif est maintenant estimé à trois milliards de masses solaires. Il en émane également des champs magnétiques et des ondes radio (c’est Virgo A). De plus, le jet manifeste parfois de puissants flashs lumineux dont la nature est totalement inconnue. Cependant à l'opposé des sources g extragalactiques repérées jusqu'ici : – souvent de la classe dite « des blazars »(où les jets plasmiques nous parviennent de face) ; – le jet de M 87 ne pointe pas vers la Terre, (c’est le cas général des quasars), mais est vu sous un angle d'environ 30 degrés. Malgré sa faible distance, ce pourrait-être un quasar. Dans le cas de radiogalaxies : les jets, complètement de profil, peuvent être cachés par des lobes ou des anneaux de poussières.

37. La violence du phénomène ne laisse aucun doute sur son origine, mais le fait demeure paradoxal : les trous noirs seraient capables d’émettre de la matière dans l’espace, et ce, probablement en quantités beaucoup plus importantes que celle qu’ils absorbenten même temps dans le milieu voisin. La théorie vient d’être vérifiée grâce aux observations de Alan Marscher de l’université de Boston : en observant, pendant plusieurs années, une bouffée de particules progressant le long du jet de BL Lacertae (BL Lac à 900 millions d’années lumière, voir ci-après), il a constaté que l’objet central a émis plus de lumière, de rayons X et de rayons gamma qu’il avait pu attirer de matière dans son voisinage ! D’autre part, en combinant les observations effectuées avec le VLT de l’ESO et le télescope à rayons X Chandra de la NASA, des astronomes ont découvert la paire de jets la plus puissante jamais observée, émise par un trou noir stellaire situé :- à 12 millions d’années lumière de la Terre ;- en périphérie de la galaxie spirale NGC 7793.

38. Deuxième exemple BL Lacertae ou BL Lac est une galaxie active (AGN) à variations très rapides. Découverte par Cuno Hoffmeister en 1929, dans la constellation du Lézard, elle fut d'abord prise pour une étoile variable irrégulière de la Voie Lactée, et reçut un nom de variable : BL Lacertae. En 1968 John Smith à l’observatoire David Dunlap observa qu'il s'agissait d'une radio source, et qu'une galaxie très pâle l'entourait. En 1974, Oke et Gunn ont mesuré son décalage vers le rouge : z = 0,07 ; soit 21 000 km/s par rapport à notre galaxie. Ce qui, en appliquant la relation de Hubble, la placerait à une distance d'environ 900 millions d'années-lumière. Sa magnitude apparente varie entre 14 et 17 sur de courtes périodes. Vu sa distance supposée, sa luminosité est surprenante mais acceptable : magnitudes absolues variant de -23 à -20. Les photos n’apportent aucune information complémentaire.

39. Troisième exemple Image ESO - NASA Image composite (optique, submillimétrique et X)de la proche galaxie Centaurus AD’importantes nébulosités apparaissent au bout des jets.

40. Centaurus A (ou NGC 5128) est une galaxie lenticulaire située à environ 13,7 millions d’al dans la constellation du Centaure. C’est l’une des radiogalaxies les plus proches. Son noyau, peu visible depuis la Terre, émet deux jets relativistes dont les zones internes se déplacent à environ la moitié de c. Des rayons X sont produits aux extrémités de ces jets, d’une longueur d’environ 10 000 al, quand ils entrent au contact des nébulosités qui s’y trouvent. Dans ces nébulosités on voit apparaître des flambées d’étoiles. D’autre part, le bulbe de cette galaxie est surtout composé d’étoiles rouges « évoluées » (anciennes) et son disque de « poussières » abrite plus d’une centaine de régions où se forment actuellement des étoiles. Une supernova de type Ia y fut découverte en 1986 (SN1986 G). De plus, Centaurus A est assez proche de M83. Avec les galaxies qui les entourent elles forment deux sous groupes constituant une importante partie du superamas de la Vierge, et ne se déplaçant pas l’un par rapport à l’autre.

41. Disque complet de Centaurus A vu par le télescope spatial infrarouge Spitzer. On y distingue : - un important noyau très brillant et- un vaste bulbe riche en étoiles « évoluées ». Le noyau central pourrait être « une poule prodigue »

42. Quatrième exemple : le mystère d’une future évolution La courbe de lumière d'OJ 287 (constellation du Cancer) présente une variation périodique de 11 à 12 ans, avec un double pic de luminosité maximale étroit. Ce type de variation suggère que le moteur du phénomène est un système binaire de trous noirs super-massifs, où un trou noir, d'une masse de 100 millions de masses solaires, orbite autour d'un autre nettement plus massif. La quasi-périodicité des émissions permet de mesurer de la précession de l'orbite du compagnon (39° par orbite) et par conséquent de calculer la masse du trou noir central. Avec une masse de 18 milliards de masses solaires, l’objet central serait donc le trou noir le plus massif que l'on connaisse ! L'orbite perdrait de l'énergie par rayonnement gravitationnel ; on suppose que, pour nous, les deux trous noirs seraient amenés à fusionner dans environ 10 000 ans … sauf si des émissions de jets provoquent d’importants allègements de ces objets. Distance de Hubble : 3,5 milliards d’années lumière. Magnitude apparente : 14,83 et magnitude absolue : -25,3 ce qui est énorme (+4,8 pour le Soleil, donc 7,9 x 10 20 Soleils !)

43. RAPPELS - 1 ***** Un parsec = 3,26 années lumière. Actuellement, on admet une « constante » de Hubble H0 = 72 km/s par mégaparsec ou de 22 km/s par million d’années lumière. Le décalage spectral Z est tel que : En première approche, la relation de base est c Z = H0 d : Distance d’un objet = d = cZ / H0mais d ne peut pas dépasser 13,7 x 109 années lumière !La relation n’est donc linéaire que transitoirement. Application s : - pour BL Lacertae , Z = 0,007 et d = 950 millions d’al ; - pour OJ 287, Z = 0,306 et d = 3,5 milliards d’al.

44. RAPPELS - 2 ***** m = magnitude visuelle M = magnitude absolue = luminosité à 10 parsecs de la Terre M = m + 5 – 5 log (d en parsecs) Une magnitude = différence d’intensité lumineuse de 2, 512 Les très grosses étoiles (telle Deneb) ont des magnitudes absolues ne dépassant pas -9 Si l’on concentrait en une galaxie spirale entière en une petite région, sa magnitude absolue ne dépasserait pas les -18 L’application, à OJ 287, des distances de Hubble conduit à lui attribuer une luminosité fantastique ! Est-il vraiment aussi loin ?

45. Evaluation de la distance des objets ***** • Avec la diapo N°43 nous avons défini le classique calcul des distances dites de Hubble. Ce calcul c’effectue en tenant compte : • des décalages spectraux observés ; • d’un effet Doppler lié à une origine de l’Espace. • Il existe au moins deux autres méthodes permettantd’estimer la distance des objets célestes :- la méthode dite « desmesures angulaires », les dimensions apparentes d’un objet dépendant directement de sa distance ; • - la méthode dite « des décalages spectraux spécifiques », cette méthode tenant compte successivement de la nature des milieux traversés par les ondes électromagnétiques. En ce cas, il n’y a pas d’origine connue pour l’Espace et deux objets ayant des décalages spectraux différents peuvent être situés à la même distance si leur lumière traverse des milieux de nature différente. • L’effet Creil est de cette classe.

46. EXPANSION ou UNIVERS STATIONNAIRE ? Pour une vitesse observée, les distances calculéessont très différentes. H EST UNE REALITE ou UNE APPARENCE : Cela influe sur les distances réelles

47. RAPPELS - 3 ***** TOUT PART DES EFFETS COMPTON et RAMAN La diffusion Comptonest la diffusion d'un photon sur une particule de matière, tel un électron. On appelle effet Compton plus spécifiquement l'augmentation de la longueur d’onde du photon par cette diffusion. Ce phénomène fut observé, une première fois et avec des rayons X, par Arthur Compton en 1923. Il obtint le prix Nobel en 1927.

48. L'effet Raman peut être considéré comme la généralisation de l’effet Compton avec des photons de plus faible énergie. En ce cas il n’y a pas émission d’électrons mais seulement un effet quantique quand ces photons arrivent sur le matériau : ils frappent la matière et continuent leur route, en ayant pris ou cédé un peu d'énergie aux atomes qu'ils ont impactés. Leur énergie ayant changé, ces photons modifient leur longueur d'onde, à la hausse (vers le rouge, décalage Stokes) ou à la baisse (vers le bleu, décalage anti-Stokes) : ils ont subi l'effet Raman. Les observations se font en lumière monochromatique : il y a en ce cas une interaction énergétique et, pour une longueur d’onde donnée,le décalage observé dépend de la matière impactée. Ce fait, très important, permet des analyses chimiques fines ou le contrôle précis des phénomènes induits (lasers en particulier). M. Raman obtint, à son tour, le prix Nobel de physique en 1930.

49. L’EFFET RAMAN PEUT-IL VARIER ? OUI : la Diffusion Raman dépend ausside la nature de la lumière qui impacte la matière étudiée. 1) Une « Diffusion Raman Stimulée Impulsive» (ISRS) se produit, sans seuil d'intensité, quand une impulsion laser suffisamment courte traverse de nombreux types de matière. On note alors de plus forts décalages spectraux qu’avec une émission monochromatique ordinaire. 2) En lumière « blanche » (poly-chromatique) et sur de longs parcours de la lumière, l’interaction cesse d’être purement énergétique. En particulier, dans les longues fibres optiques utilisées pour transmettre des informations sous les océans, on observe des décalages spectraux, dits « cohérents», modifiant uniformément l’ensemble du faisceau de lumière transmis d’un continent à l’autre. La variation relative de fréquence df / f, fonction du milieu traversé, est alors proportionnelle au chemin parcouru et indépendante de la fréquence f.

50. Que signifie le terme « EFFET CREIL » ? L’altération de la lumière peut devenir cohérente. Le terme «CREIL » est donc un acronyme , c’est-à-dire un mot constitué par les premières lettres de mots constituant une expression. Il signifie « Coherent Raman Effect on Incoherent Light »soit , en français : « Effet Raman Cohérent agissant sur une Lumière temporellement Incohérente ». En effet, la lumière ordinaire, plus ou moins « blanche », est une succession de trains d’ondes, d’une durée d’environ 10 -9 seconde ; sauf conditions particulières, sur la matière, elle agit donc différemment d’une lumière monochromatique constituée d’impulsions bien plus courtes (souvent quelques femto seconde). 1 femto seconde = 10 -15 seconde En conséquence, on constate que, si les molécules ou les atomes impactés sont suffisamment éloignés les uns des autres, elle peut être assimilée à une courte impulsion.