Dans la vidéo du jour, je vous parle de la mystérieuse et fascinante structure à grande échelle de l’Univers !
Une fois n’est pas coutume, en faisant la passe finale sur le script de cette vidéo, j’ai carrément viré des passages entiers que j’avais pourtant déjà écrits, en me disant que ça rendrait la vidéo trop lourde et trop décousue. Voici donc quelques compléments et des références bibliographiques pour celles et ceux qui veulent creuser.
Revues générales
Springel, Volker, Carlos S. Frenk, and Simon DM White. « The large-scale structure of the Universe. » nature 440.7088 (2006): 1137-1144.
Angulo, Raul E., and Oliver Hahn. « Large-scale dark matter simulations. » Living Reviews in Computational Astrophysics 8.1 (2022): 1.
Et le cours de Franck van den Bosch à Yale qui est très complet (merci à Maxime Trebitsch pour cette réf !).
Sur les observations
Geller, Margaret J., and John P. Huchra. « Mapping the universe. » Science 246.4932 (1989): 897-903.
Colless, Matthew, et al. « The 2df galaxy redshift survey: spectra and redshifts. » Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 328.4 (2001): 1039-1063.
Percival, Will J., et al. « The 2dF Galaxy Redshift Survey: the power spectrum and the matter content of the Universe. » Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 327.4 (2001): 1297-1306.
Eisenstein, Daniel J., et al. « SDSS-III: Massive spectroscopic surveys of the distant universe, the Milky Way, and extra-solar planetary systems. » The Astronomical Journal 142.3 (2011): 72.
Simulations
Aarseth, Sverre J., J. Richard Gott III, and Edwin L. Turner. « N-body simulations of galaxy clustering. I-Initial conditions and galaxy collapse times. » The Astrophysical Journal 228 (1979): 664-683.
Davis, Marc, et al. « The evolution of large-scale structure in a universe dominated by cold dark matter. » Astrophysical Journal, Part 1 (ISSN 0004-637X), vol. 292, May 15, 1985, p. 371-394.
Efstathiou, George, et al. « Numerical techniques for large cosmological N-body simulations. » The Astrophysical Journal Supplement Series 57 (1985): 241-260.
Springel, Volker, et al. « Simulations of the formation, evolution and clustering of galaxies and quasars. » nature 435.7042 (2005): 629-636.
Les forêts Lyman-alpha
Parmi la longue liste de sujets coupés : je voulais donner des détails sur les forêts Lyman-alpha des quasars, et puis j’ai finalement trouvé que ça ne collait pas bien au flot global. Je pense que je ferai un jour une vidéo sur les quasars. Mais le mécanisme est très chouette, en gros la raie Lyman-alpha de l’hydrogène (transition entre les niveaux 1 et 2) est normalement à 121nm. Avec le redshift, elle apparaît décalée d’un facteur (1+z).
Par exemple ici la raie à 121nm se trouve décalée vers 440nm.
Mais le spectre est plein de trous du fait de l’absorption par nuages intermédiaires a des redshifts différents. Et chaque trou nous renseigne sur la présence d’une masse d’hydrogène à une certaine distance.
Les oscillations acoustiques des baryons
J’ai souvent eu l’occasion de montrer le spectre de puissance du rayonnement fossile. Le premier pic correspond à un pic d’oscillation acoustique qui dépend de la présence de matière baryonique et de matière noire.
Si on extrapole ce pic de fluctuation à l’Univers actuel, cela doit se traduire par une légère bosse dans la fonction de corrélation de la matière baryonique.
Une façon « artistique » et visuellement exagérée de représenter cela dans la répartition des galaxies
Cette oscillation acoustique des baryons n’a été mise en évidence dans la fonction de corrélation de la matière qu’avec SDSS.
15 Comments
Bonjour,
Merci David pour cette vidéographie, ça fait 12 ans et tu ne nous laisse pas tomber. C’est beau.
Pour le sujet de la structure à grande échelle, j’ai du mal à comprendre comment peut on déduire la distance des galaxies à nous rien qu’avec leurs spectre. On sait que plus il est rouge, plus la galaxie est loin, mais comment partir d’une donnée et arriver à une autre ?
Merci encore,
Hassan NEHMÉ
C’est la relation classique du décalage vers le rouge. Celui ci est lié au ratio de la vitesse d’éloignement divisé par la vitesse de la lumière, donc ça nous donne la vitesse d’éloignement. Qui elle-même est proportionnelle à la distance via la constante de Hubble qui est connue avec une bonne précision.
Merci beaucoup, mais j’ai peur d’avoir mal formulé ma question. Ma question est : Si j’ai un spectre particulier (On va dire que la longueur d’onde est de x), quelle est la formule pour partir de x et arriver à y (y étant la vitesse d’éloignement) ? Merci beaucoup.
Alors déjà on repère certaines longueurs d’onde qui correspondent à des transitions atomiques qu’on sait reconnaitre.
On fait le ratio entre la longueur d’onde « mesurée » sur la galaxie, et la longueur d’onde théorique « telle qu’on la mesure sur Terre ». On définit alors le redshift
$$ z = \frac{\lambda_{mes}}{\lambda_{th}} – 1$$
et ensuite on sait que le redshift est relié à la distance D par
$$ D = z * c / H_0$$
où $H_0$ est la constante de Hubble.
Merci, mais quelle est la différence entre la longueur d’onde mesurée et théorie, puisque les deux sont mesurées sur Terre ?
La longueur d’onde théorique est celle mesurée sur Terre avec des atomes d’hydrogène en laboratoire. La longueur d’onde mesurée est celle des atomes d’hydrogène de la source spatiale qui s’éloigne de nous, donc décalée à cause de cet éloignement. La différence renseigne sur la vitesse d’éloignement de la source, et donc grâce à la constante de Hubble sur sa distance. Attention cette dernière corrélation (vitesse -> distance) n’est valable que sur des distances cosmiques et donc des sources suffisamment éloignées pour lesquelles l’expansion de l’univers prend largement le pas sur la vitesse propre de la source. Pour une source dans notre galaxie par exemple on ne pourrait pas déduire la distance de la vitesse car la vitesse propre de la source (éloignement ou rapprochement) serait plus grande que l’effet de l’expansion à une distance aussi proche de nous. Mais heureusement pour des sources proches, il y a d’autres méthodes pour déterminer la distance. D’ailleurs David a fait un excellente vidéo sur le sujet : https://www.youtube.com/watch?v=FGwmAEMabm4
Merci pour ces éléments très intéressants !! Y aurait-il un intérêt à modéliser la gravitation par la RG plutôt que d’imposer (si j’ai bien compris) l’expansion de l’univers par un forçage? Notamment, il me semble qu’il y a des papiers montrant que l’accélération de l’expansion pourrait toute ou en partie être liée aux hétérogénéité de distribution de la matière – en particulier l’existence de vides. Si c’est bien le cas, il y aurait une rétroaction qui ne serait pas captée par ce genre de simulations, non ?
Encore un grand merci pour votre formidable travail de vulgarisation!!
Marc
Bonjour David,
Un grand merci pour tes videos qui ont pour seul defaut de nous faire regretter de ne pas avoir ton talent. Je suis jaloux. Mais j’ai une question sérieuse par contre :
Est ce qu’a ta connaissance ce travail sur l’hétérogénéité a différentes échelles dans l’univers a fait émerger un cousin du principe de Curie ? Si l’effet possède au moins autant de symétrie que sa cause (principe de Curie) est ce que l’effet possede la meme distribution d’hétérogénéité que sa cause ? Ou quelque chose qui y ressemble?
Distribution d’hétérogénéité etant entendu comme les échelles de plus forte hétérogénéités ou les vagues visibles sur certaines fonction de corrélation que tu montre. Par exemple, est ce que la fonction de correlation du rayonnement fossile se superpose directement avec celle des modèles d’univers dont tu parle?
Merci beaucoup en tout cas,
Merci beaucoup pour cette synthèse précise et concise. Est-ce que ces simulations (surtout les dernières, utchu par exemple, si j’ai bien compris) nous montrent aussi la distribution de la « matière noire », en plus de la « matière visible » ?
Les simulations comme Millenium ou Utchu traitent toute la matière comme noire (puisque seulement l’interaction gravitationnelle). Les simulations plus récentes font le distinguo
Très bien et très accessible! Passionnant comme toujours l’organisation de l’univers!!!! Et Laniakea dans tout ça? La structure à laquelle appartient notre voie lactée, pas un mot????
A bientôt pour les quasars, j’ai hâte!
Bonjour et merci pour cette vidéo et toutes ces explications.
Un question me taraude…
S’il est démontré que ces simulations représentent réellement l’Univers alors celles-ci mettent à mal le principe cosmologique (homogénéité et isotropie de l’Univers) et par conséquent elles mettent à mal, voire infirment, la théorie du Big Bang.
Un avis sur la question ?
Merci.
Bonjour David,
C’est la première fois que je commente sur ton blog mais je suis avec un grand intérêt tes vidéos depuis quelques années maintenant. J’en profite donc pour te remercier de façon globale sur l’ensemble de ton travail de vulgarisation. C’est vraiment exceptionnel ce que tu fais. C’est notamment grâce à toi que j’ai découvert (entre autre) les expériences d’Alain Aspect avant qu’il n’obtienne son prix Nobel.
Sur les sujets astrophysiques j’ai plutôt de bonnes connaissances puisque j’ai fait des études dans ce domaine il y a un vingtaine d’années (même si je n’ai pas continué dans cette voie par la suite). Du coup je me régale avec tes vidéos en prenant du recul et faisant une double lecture aussi bien sur le contenu scientifique que sur la façon dont tu introduis et amènes les différents points dans le déroulé de ta présentation. C’est remarquable comment tu arrives à enchaîner les concepts et présenter de façon totalement abordable des points scientifiques pourtant très pointus. Tu as vraiment un savoir-faire exceptionnel dans ce domaine !
Je pense que la plupart des gens qui regardes tes vidéos ne se rendent pas compte du temps que tu dois passer sur la préparation et le montage de tes vidéos. Et au final tout ce travail disponible gratuitement. Donc merci, merci et encore merci pour ce que tu fais ! La culture scientifique communiquée au grand public c’est une des choses dont notre époque a le plus grand besoin pour contrer la montée de l’ignorance et des fakes news (platistes ou autre âneries de ce genre).
Bref, à propos de cette vidéo en particulier, au moment où tu as parlé des forêts Lyman-Alpha des quasars j’ai réussi à deviner à peu près de quoi il s’agissait (spectre d’absorption hydrogène par des objets situés entre les quasars et nous) mais je n’avais pas intuité sur les différences de décalage des raies à cause du redshift et sur le fait que cela renseigne également sur la distance des différents nuages de matières. Absolument génial comme méthode ! Donc merci pour l’explication complémentaire sur ce blog. Après je trouve parfaitement cohérent que tu n’ai pas mis cette section dans la vidéo. Cela aurait un peu éloigné du sujet d’origine. Mais j’attends avec grande impatience ta vidéo sur le sujet !
Pour finir si je peux me permettre une petite critique sur cette présentation, j’ai trouvé que cela se finissait un peu trop brutalement : je m’attendais à la fin à ce que tu nous montres le rapprochement entre les différentes fonctions de corrélation de la simulation TNG300 et celles du gaz et de la matière noire mesurés avec les méthodes que tu décris dans cet article de blog. Du coup, suspense insoutenable, on ne sait pas si ça colle ou pas comme dans le cas des simulations seulement basées sur la gravité des galaxies. Est-ce que tu pourrais nous donner quelques infos à ce sujet ici ?
Et désolé pour ce commentaire un peu long, si on pouvait mettre des images en commentaire j’aurai bien ajouté une pomme de terre pour finir ! 😉
Oui en effet la fin un peu brutale est liée au fait que jusqu’à la veille du tournage, il y avait un long passage sur les forêt Lyman-alpha…que j’ai coupé au dernier moment, et peut-être que j’aurai du retravailler la fin !
Merci pour les encouragements 🙂
Bonjour David,
Merci beaucoup pour ce que vous faites pour la vulgarisation de la science. Ça m’a beaucoup fait aimer la physique. Ma question concerne la vitesse de la lumière. Je me demande si le photon à la base ne serait pas libéré par l’atome à une vitesse infinie et que ce serait la structure du vide qui le recevrait pour ensuite l’émettre encore à une vitesse infinie. Ce qui aurait pour résultante une vitesse définie qui est celle de la lumière qu’on connait. D’où le problème de la nature du photon (onde corpuscule). Merci d’illuminer le profane que je suis.