Les origines de l’Univers

LLes origines de l’Univers

D’où venons-nous ? La connaissance des origines de l’Univers a connu ces dernières années des développements spectaculaires permettant de remonter le temps jusqu’au big-bang, il y a plus de 13 milliards d’années !

Par Roland Bacon, astrophysicien et directeur de recherche au CNRS.

Plus d’informations sur le site du :

Musée des Confluences

Astronomie, astrophysique et spatial | La chaîne Youtube du Planétarium

AAstronomie, astrophysique et spatial | La chaîne Youtube du Planétarium

Dans le cadre de la Space Academy @home : entraîne-toi comme un.e astronaute ! initiée par le Planétarium dès le 19 mars 2020 avec la participation de l’Agence spatiale européenne (ESA), du Centre national d’études spatiales (CNES) et de nombreux autres partenaires, le Planétarium a proposé un nouveau projet : Astronomer@home.

Dans un contexte de confinement, le Planétarium donnait rendez-vous, à domicile, avec une personnalité scientifique : astronome, astrophysicien.ne ou astronaute, pour partager leur passion avec le public autour d’un thème.

Revivez les moments de Astronomer@home – les vidéos sont accessibles via la chaîne Youtube du Planétarium :

Astronomer@home

Visitez un observatoire historique

VVisitez un observatoire historique

L’observatoire de Lyon est un « observatoire des sciences de l’Univers » (OSU) et une école interne de l’Université Claude Bernard Lyon 1, co-pilotée par l’INSU-CNRS. Il réunit le Centre de recherche astrophysique de Lyon (CRAL), le Laboratoire de géologie de Lyon – Terre, planètes et environnement (LGL-TPE) et l’unité mixte de service COMET.

Environ 200 personnes travaillent à l’Observatoire de Lyon sur le site historique de Saint-Genis-Laval, sur le campus Lyon Tech La Doua ainsi qu’à Gerland dans les locaux de l’ENS de Lyon.

Les chercheurs de l’Observatoire de Lyon explorent et cherchent à comprendre l’univers, les galaxies, les systèmes stellaires et les planètes dont la Terre et ses mystères. À la recherche et à la formation initiale et continue s’ajoutent des missions spécifiques : les « services d’observation » et la diffusion de la culture scientifique et technique.

Depuis le 3 juillet, le site historique de l’Observatoire de Lyon est de nouveau accessible au public.

Des soirées d’observation du ciel nocturne sont également régulièrement organisées durant l’été.

En savoir plus :

Observatoire de Lyon

Cet été, 4 soirées pour observer le ciel au Planétarium !

CCet été, 4 soirées pour observer le ciel au Planétarium !

Les 09, 16, 23 et 30 juillet, le Planétarium ouvre ses portes pour des soirées d’observation du ciel.

Vivez une pleine expérience de notre offre en nocturne, et plus encore : visite libre des expositions, labo dans le jardin astronomique ou encore séance de découverte du ciel en salle immersive. Une fois la nuit tombée, deux postes d’observation (dont le télescope de l’observatoire) seront à votre disposition pour découvrir, en compagnie de médiateurs scientifiques, les planètes, étoiles et galaxies visibles dans le ciel.

Programmation des jeudis 9, 23 et 30 juillet

  • 20h30-21h30 : séance d’astronomie Découverte du ciel
  • 21h30-22h15 : début de l’observation si la Lune est visible, ou labo Il était une fois l’espace
  • 22h15-23h30 : observation du ciel nocturne

Un programme alternatif sera proposé en cas de conditions météorologiques défavorables.

Programmation spéciale du jeudi 16 juillet

Jeudi 16 juillet, programmation spéciale en partenariat avec le Centre culturel Charlie Chaplin, avec une représentation du spectacle Horizon(s) par la compagnie les Non Alignés, à 19h30 dans le jardin astronomique du Planétarium. Les visiteurs embarqueront dans un vaisseau spatial, pour un voyage à deux voix en direction des trous noirs…

  • 19h30-20h30 : Horizon(s) – Spectacle de la compagnie Les Non Alignés
  • 20h30-21h30 : visite libre des expositions
  • 21h30-22h15 : séance d’astronomie Découverte du ciel
  • 22h15-23h30 : observation du ciel nocturne

Un programme alternatif sera proposé en cas de conditions météorologiques défavorables.

En savoir plus :

Planétarium de Vaulx-en-Velin

 

Déconfinement des quarks, casse-tête de la physique

DDéconfinement des quarks, casse-tête de la physique

Pourquoi aller parler de déconfinement avec des physicien·ne·s des particules ? Pour aborder l’un des mystères de la physique moderne : le déconfinement des quarks.

 

De quoi sommes nous fait ? De cellules répondront les biologistes. Elles-mêmes constituées de molécules et d’atomes ajouteront les chimistes. Mais la physique des particules nous apprend que les atomes sont eux aussi des assemblages d’objets encore plus petits : des particules élémentaires.

Un atome contient un noyau (un ensemble de protons et de neutrons), autour duquel orbitent des électrons. Dans le cas le plus simple d’un atome d’hydrogène : un électron et un proton. L’électron est une particule élémentaire. En revanche, le proton est une particule composite : un assemblage de trois quarks. Les quarks sont des particules élémentaires au même titre que les électrons, mais leur nature est très différente…

 

Lire la suite de l’article sur :

Science pour tous

La traque des ondes gravitationnelles grâce aux supers miroirs

LLa traque des ondes gravitationnelles grâce aux supers miroirs

Le 14 septembre 2015, l’observation du premier tango entre deux trous noirs, situés à 1,3 milliards d’années-lumière de la Terre, marqua la confirmation directe de l’existence des trous noirs. Cette grande découverte a permis d’ouvrir une porte sur une nouvelle façon d’observer notre Univers via la recherche des ondes gravitationnelles.

Il se passe dans l’Univers des phénomènes physiques, à la fois violents et spectaculaires, comme par exemple, la danse de deux trous noirs ou de deux étoiles à neutrons. Ces deux objets cosmiques très compacts gravitant l’un autour de l’autre, se rapprochant petit à petit, évoluent comme deux danseurs de tango. Quand la fin de la danse approche, une fusion brutale se produit. Le choc entre ces deux trous noirs est si fort qu’il va secouer et faire trembler l’espace-temps. La vibration est une onde qui va se propager comme une vague dans tout l’Univers. Ce phénomène, appelé onde gravitationnelle, a été conceptualisé par Albert Einstein en 1916 et la première détection a eu lieu un siècle plus tard, en 2015.

Les vibrations issues de chocs extrêmement violents dans l’Univers, ont paradoxalement une taille infime en arrivant sur Terre, réduisant ainsi les violentes explosions en un chuchotement.

Simulation de deux trous noirs avant leur collision / © SXS, the Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project

La Traque d’un siècle : détection des danses cosmiques

La recherche de ces ondes est rendue possible grâce à des observatoires conçus spécialement pour la détection de ce type d’évènement : LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) aux États-Unis et Virgo en Italie. Après quatre décennies de recherches et de développement en instrumentation, la découverte des ondes gravitationnelles fut récompensée par un prix Nobel de physique en 20171.

Ces observatoires sont des détecteurs optiques géants permettant d’écouter les vibrations de l’espace-temps qui nous viennent du fin fond du cosmos. Ils sont composés de deux bras de plusieurs kilomètres perpendiculaires, d’un laser et de plusieurs miroirs au pouvoir réfléchissant exceptionnel. Le faisceau laser est séparé en deux grâce à une lame séparatrice. Chaque partie du faisceau va se propager le long des bras, rebondir sur les différents miroirs se trouvant en bout de bras et faire plusieurs allers-retours avant de se recombiner au niveau d’un détecteur. Le passage d’une onde gravitationnelle sur Terre va faire varier la distance parcourue par le faisceau laser et révéler ainsi l’existence d’une danse cosmique.

Les miroirs qui composent le détecteur géant jouent un rôle capital dans la détection, car ils rendent l’instrument extrêmement sensible capable d’entendre les signaux cosmiques qui parcourent l’espace-temps en centaine de milliers d’années lumières2. C’est comme un microphone géant qui écoute les signaux qui lui arrivent de l’espace. Ces signaux nous informent sur ce qui se passe au-delà de notre système solaire en nous donnant l’identité, la distance et la masse de ces danseurs de l’extrême fin fond de l’Univers.

Vue aérienne du détecteur d’ondes gravitationnelles Virgo à Pise (Italie). On peut voir les longs bras de 3 km et le bâtiment central dans lequel le laser et le système de détection se trouvent. / © The Virgo collaboration/N. Baldocchi

Ma mission : une traque à l’échelle micrométrique

La mission qui m’a été confiée pour ma thèse est d’optimiser les miroirs hautes réflectivités des détecteurs d’ondes gravitationnelles Virgo et LIGO. Au Laboratoire des Matériaux Avancés (LMA/IP2I) de Lyon, les miroirs fabriquées comportent des spécificités à la pointe de la technologie. Grâce à une machine de dépôt unique au monde, on traite les miroirs en déposant une fine couche de matériaux en surface. Par ce procédé, les miroirs deviennent réfléchissants et très précis. Néanmoins, il crée des imperfections en surface qui deviennent problématiques pour la détection des vibrations de l’espace-temps3.

J’étudie la formation de minuscules défauts dans les couches minces optiques. Ces défauts de quelques microns diffusent la lumière du faisceau laser dans les bras des détecteurs induisant une perte en sensibilité. Pour cela, j’analyse de nombreux échantillons de miroirs avec différents paramètres de dépôts et je cherche à identifier la quantité et la nature de ces défauts. En parallèle, une deuxième partie de mon travail consiste à simuler le comportement de ces défauts avec la lumière laser pour comprendre ce qui se passe le long des bras des détecteurs.

Quand le mystère sur l’origine de ces défauts sera percé, il faudra ensuite trouver une solution pour les supprimer, car comprendre leur origine n’est pas suffisant. Ainsi, la performance des futurs miroirs sera grandement améliorée. Ils pourront détecter davantage d’ondes gravitationnelles qui nous arrivent du confins de l’espace et ainsi comprendre un peu plus notre étonnant Univers qui déjà ne cesse de nous surprendre.

Article écrit par Sihem Sayah, doctorante au Laboratoire des Matériaux Avancés – LMA – plateforme nationale de l’IP2I  (Université Claude Bernard Lyon 1)

Article publié dans le cadre des dossiers  « Les doctorants parlent de leur recherche » en partenariat avec Pop’Sciences – 25-06-2020

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Notes :

[1]  Les physiciens américains Rainer Weiss, Barry C. Barish et Kip S. Thorne.

[2]  Une année lumière (a.l) est la distance parcourue par la lumière dans le vide en une année. Une année lumière = 9 461 milliards de kilomètres.

[3]  La vibration est une vague qui ne dépasse pas un milliardième de milliardième de mètre tel que mesuré dans les détecteurs géants sur Terre.

 

PPour aller plus loin

 

La recherche de la diversité des mondes

LLa recherche de la diversité des mondes

Pour sa troisième conférence en ligne, l’Observatoire de Lyon vous donne rendez-vous avec Isabelle Vauglin, chercheuse au Centre de recherche astrophysique de Lyon (CRAL) pour parler des exoplanètes !

La quête de nouveaux mondes est très ancienne mais la preuve de l’existence de planètes extrasolaires date seulement de 1995. Les astronomes ont mis au point des moyens d’observation très précis et complexe pour arriver à les détecter tels que les instruments ELODIE, HARPS, ASTEP et maintenant SPHERE. Au programme : une présentation des différentes méthodes développées pour détecter les planètes extrasolaires, un tour d’horizon de la diversité des exoplanètes connues et la grande question : « Sont-elles habitables et habitées ? ».

Pour assister à cette conférence, il vous suffit d’aller sur la chaîne Twitch de l’Observatoire de Lyon :

Se connecter

La création d’un compte n’est pas nécessaire, sauf pour pouvoir interagir en direct et poser vos questions à Isabelle Vauglin (il est aussi possible de le faire par mail ou via le compte Twitter de l’Observatoire @obsLyon).

KM3Net : deux observatoires sous-marins ouverts sur les trois infinis

KKM3Net : deux observatoires sous-marins ouverts sur les trois infinis

Cet article est extrait du Pop’Sciences Mag #6 : Océan, une plongée dans l’invisible

Par Caroline Depecker   |   2 juin 2020


Installer un laboratoire, dans les profondeurs abyssales, doté d’équipements capables de détecter autant la matière cosmique que les organismes marins, relève de la prouesse scientifique. Les fonds méditerranéens sont le théâtre de cet exploit, accompli grâce à une large coopération européenne dans le cadre du projet KM3Net.

KM3NeT, ou Kilometre Cube Neutrino Telescope, est un projet européen comprenant deux observatoires permettant de détecter la très faible lumière générée par les neutrinos, en cours d’installation en mer Méditerranée. Leur déploiement final est prévu pour 2026. L’un de ces télescopes sous-marins, baptisé ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), arrimé à 3450 mètres de profondeur, au large de la Sicile, est dédié à la recherche de neutrinos de grande énergie[1] provenant de cataclysmes de l’univers tels que des supernovas ou la formation et l’évolution de trous noirs. Il comprendra à terme 230 lignes longues de 700 mètres supportant au total 128 000 capteurs optiques.

Illustration des lignes de détection sous-marine. KM3Net – MEUST – ORCA © Mathilde Destelle

ARCA sera jumelé avec un autre détecteur positionné au large de Toulon : ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss). Immergé à 2500 mètre de fond, celui-ci est optimisé pour traquer les neutrinos de basse énergie[2] en provenance du soleil et de l’atmosphère terrestre. Son objectif : étudier certaines de leurs propriétés, comme leurs oscillations et leurs masses. Une fois achevé, ORCA totalisera 65 000 capteurs optiques répartis sur 115 lignes de détection. Le détecteur compte aujourd’hui six d’entre elles qui montrent un parfait état de fonctionnement.

« Nous sommes contents et soulagés », soufflait fin janvier 2020 Paschal Coyle, physicien au centre de physique des particules de Marseille (CPPM) et responsable scientifique d’ORCA. Le chercheur revenait alors d’une expédition en mer ayant permis d’ajouter deux nouvelles lignes au détecteur. « Positionner des lignes avec une précision d’un mètre, à l’aide d’un robot téléguidé depuis la surface située 2500 mètres plus haut ; tout en sécurisant les connexions électriques lors du branchement des câbles, afin que le signal soit bon… C’est un vrai défi ! » Relevé avec succès. Cette étape réussie a conclu la phase de démonstration du détecteur, qui peut donc continuer à se développer.

 

Un laboratoire sentinelle, témoin de l’état de santé des fonds marins

Tout en ayant ses yeux braqués sur l’infiniment grand de l’espace, ORCA zoome sur l’infiniment petit des particules. Il explore aussi l’infiniment bleu de l’océan. En effet, depuis trois ans, dans le cadre du projet MEUST-NUMerEnv*, ORCA est progressivement équipé d’instruments connectés en temps réel, et mis au service d’études en sciences de la mer, de la terre et de l’environnement. Véritable plateforme d’expérimentations pluridisciplinaires, ORCA a été intégré au réseau d’observatoires sous-marins EMSO (European Multidisciplinary Seafloor and water column Observatory). Les équipements ajoutés sont nombreux. Parmi eux, une ligne instrumentée autonome, baptisée ALBATROSS observe la colonne d‘eau. Elle collecte différentes  données : pression, température, conductivité, oxygène dissous, matières en suspension, courant. ORCA sera également doté de diverses sondes parmi lesquelles la Biocam, qui photographiera les espèces bioluminescentes.

Voir également l’enquête « Les abysses cachent un monde de lumière« , issue du Pop’Sciences Mag #6

Par ailleurs, Bathy-Bot, un robot chenillé bardé de capteurs et de caméras, évoluera à 2400m de profondeur autour de Bathyreef, un récif artificiel déposé sur le fond et dont la forme a été imaginée afin d’y favoriser l’épanouissement de vie marine. Enfin, des hydrophones répartis sur les lignes du détecteur renseignent sur le déplacement de cétacés et autres mammifères marins à proximité. « Les observatoires câblés comme ORCA constituent des sentinelles précieuses car elles fournissent un suivi pluriannuel, continu et en temps réel, de l’état de l’océan,  commente Séverine Martini, océanographe à l’institut Méditerranéen d’Océanologie de Marseille. Elles nous permettent de détecter ses modifications écologiques potentielles, face au réchauffement climatique et aux autres pressions anthropiques ». Et peut-être de les anticiper.

 


Références

[1] Neutrinos dont la puissance énergétique est comprise entre 1 et 10 téraélectronvolt (TeV)
[2] Neutrinos dont la puissance énergétique est comprise entre 3 et 100 gigaélectronvolt

* MEUST-NUMer Env est un projet porté par le CNRS, en partenariat avec Aix-Marseille Université (AMU) et l’université de Toulon (UTLN) et en concertation avec le Centre Européen des Technologies Sous-Marines de l’Ifremer. Son objectif est de développer une plateforme scientifique et technologique mutualisée entre sciences environnementales et astrophysique


Cet article est extrait du Pop’Sciences Mag #6 : Océan, une plongée dans l’invisible

Géologie en astronomie ou astronomie en géologie ?

GGéologie en astronomie ou astronomie en géologie ?

Pour sa deuxième conférence en direct, l’Observatoire de Lyon vous donne rendez-vous avec Pierre Thomas, chercheur au Laboratoire de Géologie de Lyon Terre, Planètes, Environnement – LGL-TPE et professeur à l’ENS de Lyon. Ils vous parlera des impacts et des cratères provoqués par les météorites.  Une conférence entre géologie et astronomie ! 

Pour assister à cette conférence, il vous suffit de vous connecter de chez vous à la chaîne Twitch de l’Observatoire de Lyon. La création d’un compte Twitch n’est pas nécessaire, sauf pour pouvoir interagir en live avec le public et les organisateurs de la conférence.

Vous pourrez également poser vos questions sur le compte Twitter de l’observatoire @obsLyon

>>> Se connecter :

La chaîne Twitch de l’Observatoire de  Lyon

30 ans : bientôt la retraite pour Hubble ?

330 ans : bientôt la retraite pour Hubble ?

Temps de lecture : moins de 5 minutes

Nous sommes le 24 avril 1990, François Mitterand est président de la République, et Retour vers le futur III sortira dans quelques semaines. Au Centre spatial Kennedy, en Floride, la Navette spatiale Discovery s’apprête à lancer le télescope spatial Hubble. 30 ans plus tard, il est toujours opérationnel et s’apprête à passer le relais.

UUn télescope qui ne fait pas son âge

Avec ses 11 tonnes, ses 13 mètres de long et son miroir de 2,4 mètres de diamètre, le télescope spatial Hubble est un bijou de technologie. Son développement a commencé dans les années 1970, et il aura coûté au total deux milliards de dollars.

Si on le compare aux autres satellites, Hubble a eu une grande longévité. En général, les satellites artificiels sont conçus pour durer 15 ans. Et on le comprend, les satellites sont soumis à des bombardements de rayons cosmiques qui accélèrent le vieillissement du matériel.

Photographie du télescope spatial Hubble surplombant la Terre

Vue du télescope spatial Hubble surplombant la Terre / ©NASA

Cette longévité est due à plusieurs mises à niveau de l’appareil (en 1993, 1997, 1999, 2002 et 2009), mais également à un niveau de qualité de fabrication bien supérieur aux appareils fabriqués en série, comme nos imprimantes et lave-vaisselles. En effet, avec un coût de fabrication aussi élevé et des dizaines d’années de développement, l’obsolescence programmée n’a pas lieu d’être en astronomie.

« Hubble est la preuve que nous pouvons faire autrement, que les ingénieurs savent créer des appareils qui durent, une qualité qu’il faudra exploiter dans notre contexte de fragilité éco-systémique, d’épuisement des ressources et de dégradations de l’environnement », confie Isabelle Vauglin, astrophysicienne au Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL).

Et pourtant, Hubble entamera bientôt sa fin de carrière : plusieurs pièces mécaniques sont vieillissantes (par exemple les gyroscopes), et son successeur, le télescope spatial James-Webb, est prévu depuis plusieurs années et sera lancé normalement en mars 2021.

DDes débuts difficiles

Durant les jours suivant le lancement du télescope, les ingénieurs découvrent un problème optique majeur : les photos sont floues ! On comprend rapidement que la myopie de Hubble provient d’un défaut de courbure du miroir. Heureusement, des opérations de maintenance sont possibles et prévues. La première a pu être avancée afin de corriger l’aberration : on lui a installé une paire de « lunettes correctrices ».

Mission de maintenance de Hubble / ©NASA

Ces opérations ont été facilitées par l’orbite basse du télescope (590 km d’altitude), donc accessible par les navettes spatiales. La mission de maintenance de 1993 permet de corriger cette erreur grâce à un dispositif baptisé COSTAR.

Illustration proposant une comparaison entre deux photographies prises par le télescope spatial Hubble, révélant une nette amélioration de la netteté après la maintenance de décembre 1993

Cette comparaison du noyau de la galaxie M100 montre l’amélioration de l’optique du télescope spatial Hubble, avant et après la première mission de maintenance en décembre 1993 / ©NASA

qqui est Hubble ?

Photographie de Edwin Hubble, astronome américain

Edwin Hubble, astronome américain

Le télescope Hubble est nommé en référence à l’astronome américain Edwin Hubble, décédé en 1953.

Il est connu pour avoir démontré que les autres galaxies sont hors de la Voie lactée. Il a utilisé pour cela les étoiles variables Céphéïdes, étudiées par Henrietta Leavitt, ce qui lui a permis de mesurer la distance qui nous sépare de ces galaxies.

Le télescope fait donc référence à cette découverte majeure de l’astronomie, car un des objectifs était d’observer les objets très lointains et d’étudier l’expansion de l’Univers.

AAu fait, Pourquoi des télescopes dans l’espace ?

L’atmosphère protège des rayonnements, certains très nocifs pour les êtres vivants. Les astronomes ont pourtant besoin de toutes les longueurs d’onde pour observer les objets célestes, surtout les plus lointains ! C’est pourquoi un télescope hors atmosphère est très intéressant d’un point de vue scientifique. En orbite autour de la Terre, il échappe au « filtre » de l’atmosphère, et capte bien plus d’informations.

Hubble n’est pas le seul télescope spatial, il en existe d’autres, qui ont chacun leur spécialité (infrarouge, micro-ondes, rayons X, rayonnement gamma, etc.).

Présentation des satellites de l’Agence spatiale européenne en fonction des longueurs d’ondes / ©ESA

Poster de présentation des satellites de l'Agence spatiale européenne

Présentation des satellites de l’Agence spatiale européenne / ©ESA

Est-ce que le nombre de satellites artificiels est un problème pour les astronomes ? Le nombre de satellites commerciaux et de surveillance connaît une augmentation critique pour les astronomes. En effet, ils réduisent significativement les possibilités d’observation du ciel depuis le sol, et en orbite ils représentent un nombre de débris grandissant pour les autres objets en orbite, comme la Station spatiale internationale.

Le projet de satellites Starlink de l’entreprise SpaceX inquiète particulièrement les scientifiques à ce propos. Ce projet vise à mettre en service plus de 12 000 satellites, qui viendraient s’ajouter aux 2 000 actuellement en orbite. En septembre 2019, l’Agence spatiale européenne a déjà dû dévier un de ses satellites scientifiques afin d’éviter une collision avec un satellite de la constellation Starlink. Une pétition contre ce projet a été lancée par l’Union astronomique internationale.

 

Rédaction : Rémi Léger, assistant de communication du LabEx ASLAN

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