Astrophysique : théories relativistes et non relativistes

Résumé du document

Ce document est un cours d'astrophysique qui reprend des expériences effectuées en astrophysique, des équations telles que celles de l'expansion de l'univers ou encore des paramètres physiques importants à chaque étape de sa vie. Une large partie est également consacrée à la relativité et à ses conséquences.

Extraits

[...] Et pourquoi avoir lié tout cela à la gravitation ? Remontons encore une fois dans le temps, jusqu'à croiser le principe d'équivalence. Très loin dans le temps on trouve déjà le principe d'équivalence faible. Celui-ci stipule que tous les objets tomberont à la même vitesse, quelque soit leur masse. Vous connaissez tous l'expérience du plomb et de la plume L'accélération d'un objet ne dépend donc que du champ gravitationnel (on commence à y arriver à notre gravité Newton déjà avait compris ce phénomène. [...]

[...] Il est intéressant de parler d'un autre phénomène découlant de la déflexion de la lumière, celui des lentilles gravitationnelles. Imaginons en effet ce phénomène à proximité d'un objet relativiste comme par exemple un trou noir. La lumière va contourner cet objet et se focaliser ensuite à nouveau. Autour d'un objet relativiste on aura donc plusieurs images d'une source lumineuse même si celle-ci nous est cachée par l'objet. Si observateur objet et source lumineuse sont alignés on observe des anneaux dits anneaux d'Einstein. Sinon on observe des morceaux d'anneaux, nommés arcs gravitationnels. [...]

[...] Nous introduirons ensuite quelques autres paramètres nous permettant de trouver les caractéristiques des autres univers. Modèle d'Einstein de Sitter 8π G p 0 = 3a da 8π G ρ 0 / 2 / 2 dt 3 3 / 2 8π G ρ 0 / 2 a t + cte 3 big bang : a = 0 à t = 0 a(t ) = π p0 ) t 2/3 On écrit que p = p 0 a ce qui simplifie a des deux côtés, on a donc la densité volumique en fonction du temps, sous la forme p ) = t 6π G Or on connaît la densité volumique à notre époque, ρ = 10-30 10-31g.cm-3 (on constate qu'il s'agit d'un univers dominé par la matière) ce qui donne l'âge de l'univers entre 9 et 28 milliards d'années. [...]

[...] Nous chercherons ensuite les équations correspondant aux différentes périodes de la vie de l'univers et nous les résoudrons. Les équations précédentes permettent d'écrire : 3 a = G ( P + ρ ) a et a a + 2 a + 2k = 4π G ( ρ P ) a . On remarque que cette fois la pression intervient, c'est la différence avec le modèle de l'univers Newtonien, cette différence est surtout importante dans les premiers moments de l'univers, lorsque le rayonnement prédomine. [...]

[...] (exemple démontré ensuite : le redshift cosmologique depuis la recombinaison est égal à 1500) Mesure des distances dans un espace courbe en expansion On peut définir plusieurs types de distances, plus ou moins intuitives et plus ou moins pratiques selon les cas. On peut les relier entre elles. Distance absolue / propre Il s'agit de la distance que l'on mesurerait en intégrant d'un endroit à un autre à un instant cosmique donné (donc en négligeant l'expansion de l'univers) le long d'un rayon lumineux. [...]