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« Cosmologie/Preuves de la théorie du big-bang » : différence entre les versions

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[[File:WMAP 2008.png|centre|thumb|600px|Carte du fond diffus cosmologique, qui illustre les anisotropies.]]
 
===Anisotropies du fond diffus===▼
 
Ces variations ont divers origines. Les scientifiques font ainsi la différence entre anisotropies primaires et secondaires. Les '''anisotropies primaires''' se sont formées lors du découplage, de petites variations de densités ayant laissé leur trace dans le fond diffus. Les '''anisotropies secondaires''' après le découplage, quand la matière des étoiles a interagi avec ce fond diffus (rappelez-vous que la matière est à l'état de plasma dans une étoile, plasma qui interagit fortement avec les photons).▼
 
La formation des anisotropies primaire est relativement simple, et est gouvernée par deux mécanismes : un qui permet la formation de ces surdensités, et un autre qui égalise leur température. Sous l'effet de la gravité, des particules matérielles peuvent se rassembler pour former de petites surdensités, dans lesquelles la température augmente : ces surdensités doivent former des zones de température plus élevée, plus lumineuses que leur environnement. Par contre, le gaz de photons va circuler à travers la matière et transférer la température des zones chaudes vers les zones froides (par un phénomène de diffusion assez spécial). Dans certaines régions, les zones de surdensité oscillaient de manière cyclique : elles se contractaient et gonflaient régulièrement, avec une période assez précise (le mécanisme de ces oscillations est similaire à celui d'une étoile variable, mais appliqué à une petite surdensité isolée). Ces oscillations ont formé des ondes acoustiques dans le plasma, qui ont laissé des traces dans le fond diffus : les '''oscillations acoustiques de baryons'''. ▼
 
[[File:Cmbr.svg|thumb|Comparaison des résultats empiriques et théoriques du spectre du fond diffus cosmologique.]]▼
 
Diverses compagnes d'observation ont déterminé la taille des surdensités, des grumeaux de matière, et ont réussi ce qui a permis d'induire les valeurs des paramètres utilisés pour calculer la taille des surdensités. Le spectre du fond diffus possède quelques pics, chacun ayant une signification relativement précise. Par exemple, le premier pic donne des indications sur le paramètre K des équations de Friedmann, la courbure de l'univers. Le second pic donne des indications sur la quantité de matière formée de protons et de neutrons (en réalité, de baryons, des particules composites formées de quarks et gluons). L'analyse du premier pic donne une courbure nulle.▼
 
En postulant un univers sans courbure, et avec quelques hypothèses supplémentaires, on arrive à avoir un accord parfait avec les données observationnelles, comme le montre la courbe ci-dessous. La théorie arrive ainsi à déterminer la taille des zones de surdensité en fonction de certains paramètres comme l'âge de l'univers, le facteur de Hubble, etc. C'est la première réussite de la théorie du big-bang : réussir à prédire l'état du fond diffus cosmologique, seulement à partir des équations vues plus haut. Les campagnes d'observations du fond diffus se succèdent les unes aux autres, pour tenter d'invalider ou de valider divers modèles d’univers, ou théories spéculatives sur le big-bang et les mécanismes thermodynamiques en place avec la recombinaison.
 
===Spectre de puissance du fond diffus===
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Lorsqu'on observe un spectre de puissance quelconque, qu'il s'agisse d'une onde acoustique, d'un champ de gravité ou de tout autre onde, on observe la présence de plusieurs pics à certains endroits. Les mathématiques nous disent que ces pic sont localisés à des fréquences bien précises, multiples d'une fréquence dite fondamentale. Les pics sont situés respectivement à la fréquence fondamentale pour le premier pic et aux harmoniques pour les suivants. On observe plusieurs de ces pics sur le CMB, dont l'amplitude nous renseigne sur certains paramètres, comme la courbure ou le rapport entre masse visible et matière noire.
 
▲Diverses compagnes d'observation ont déterminé la taille des surdensités, des grumeaux de matière, et ont réussi ce qui a permis d'induire les valeurs des paramètres utilisés pour calculer la taille des surdensités. Le spectre du fond diffus possède quelques pics, chacun ayant une signification relativement précise. Par exemple, le premier pic donne des indications sur le paramètre K des équations de Friedmann, la courbure de l'univers. Le second pic donne des indications sur la quantité de matière formée de protons et de neutrons (en réalité, de baryons, des particules composites formées de quarks et gluons). L'analyse du premier pic donne une courbure nulle. En postulant un univers sans courbure, et avec quelques hypothèses supplémentaires, on arrive à avoir un accord parfait avec les données observationnelles, comme le montre la courbe ci-dessous. La théorie arrive ainsi à déterminer la taille des zones de surdensité en fonction de certains paramètres comme l'âge de l'univers, le facteur de Hubble, etc. C'est la première réussite de la théorie du big-bang : réussir à prédire l'état du fond diffus cosmologique, seulement à partir des équations vues plus haut. Les campagnes d'observations du fond diffus se succèdent les unes aux autres, pour tenter d'invalider ou de valider divers modèles d’univers, ou théories spéculatives sur le big-bang et les mécanismes thermodynamiques en place avec la recombinaison.
 
▲===Anisotropies du fond diffus===
 
▲CesLes variationsanisotropies ont divers origines. Les scientifiques font ainsi la différence entre anisotropies primaires et secondaires. Les '''anisotropies primaires''' se sont formées lors du découplage, de petites variations de densités ayant laissé leur trace dans le fond diffus. Les '''anisotropies secondaires''' après le découplage, quand la matière des étoiles a interagi avec ce fond diffus (rappelez-vous que la matière est à l'état de plasma dans une étoile, plasma qui interagit fortement avec les photons).
 
▲La formation des anisotropies primaireprimaires est relativement simple, et est gouvernée par deux mécanismes : un qui permet la formation de ces surdensités, et un autre qui égalise leur température. Sous l'effet de la gravité, des particules matérielles peuvent se rassembler pour former de petites surdensités, dans lesquelles la température augmente : ces surdensités doivent former des zones de température plus élevée, plus lumineuses que leur environnement. Par contre, le gaz de photons va circuler à travers la matière et transférer la température des zones chaudes vers les zones froides (par un phénomène de diffusion assez spécial). Dans certaines régions, les zones de surdensité oscillaient de manière cyclique : elles se contractaient et gonflaient régulièrement, avec une période assez précise (le mécanisme de ces oscillations est similaire à celui d'une étoile variable, mais appliqué à une petite surdensité isolée). Ces oscillations ont formé des ondes acoustiques dans le plasma, qui ont laissé des traces dans le fond diffus : les '''oscillations acoustiques de baryons'''.
 
▲[[File:Cmbr.svg|thumb|Comparaison des résultats empiriques et théoriques du spectre du fond diffus cosmologique.]]
 
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