Diapositive 1

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LES GRANDS ENJEUX DE LASTROPHYSIQUE
1. Les enjeux scientifiques
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ASTROPHYSIQUE Formation et évolution de
lunivers dans son ensemble et de ses
objets constitutifs astronomie
grandes structures, galaxies, nuages
moléculaires,
étoiles, objets compacts système
solaire observations à très haute résolution,
études
in-situ, retour déchantillons
rôle de la relation
Soleil - Terre sur
notre environnement immédiat
3
LES GRANDES THEMATIQUES Cosmologie Astrophysi
que des hautes énergies  Physique des
Galaxies Milieu interstellaire Physique
Stellaire Physique des Relations Soleil-Terre
Planétologie Systèmes de Références
(temps/espace)
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• LES TROIS AXES PRINCIPAUX
• Létude comparative des objets et de leur
  évolution
• classification, recensement
• chronologie
• Les origines 
• formation et premières étapes de lévolution de
  lunivers,
• des galaxies, des étoiles, des planètes et in
  fine de la vie
• Lunivers en tant que laboratoire
• physique fondamentale
• physique des particules
• physique des milieux hyperdenses
• chimie homogène et hétérogène à basse pression
  et température
• physique des plasmas
• géophysique

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LES ENJEUX MAJEURS ISSUS DES DERNIERES
DECOUVERTES

• Origine de lunivers, matière noire, énergie
  noire
• Formation des systèmes stellaires et planétaires
• conditions dapparition de la vie
• la relation structure interne / champ magnétique
• / activité coronale dans le soleil et les
  étoiles
• Les processus responsables des sursauts gammas
• Les trous noirs au centre des galaxies

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Origine de lUnivers matière noire, énergie
noire

• question philosophique très ancienne
• relations avec la relativité générale, la grande
  unification
• seul prix Nobel à ce jour en Astrophysique
  (Penzias et Wilson, 1978)
• Des progrès majeurs dans les dernières années
• Des avancées tout aussi importantes attendues
  dans les
• prochaines années
• concurrence très forte au niveau international

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Grands relevés, Relevés profonds constante
de Hubble (71 km/s / Mparsec) Accélération
de lexpansion
8
2
0.2
La distribution angulaire du fond
cosmologique Découplage matière - photons Age
de lUnivers 13,7 milliards dannées
9
WMAP carte de température du fond cosmologique
2001 - 2009
premières infos (très préliminaires) sur la
polarisation Contraintes fortes pour les
différents modèles Signal 100 fois plus faible !
10
éléments lourds gt He 0,03
Matière baryonique visible moins de 5 de la
masse de lUnivers ??
neutrinos 0,3
étoiles 0,5
Hydrogène et Hélium libres 3,5
matière noire 22
énergie noire 74
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• Energie noire
• effet répulsif qui ralentit leffondrement
• des régions les plus denses
• constante cosmologique envisagée (puis
  écartée) par Einstein
• Matière noire
• objets macroscopiques (naines noires, trous
  noirs super-massifs)
• WIMPS (particules très lourdes
  interagissant très peu)
• novembre 2005 dépôt dun brevet pour une
  propulsion reposant
• sur la modification locale de la constante
  cosmologique ! (Wikipedia)
• Les réponses sapparentent (encore ?) beaucoup à
  des mantra
• est-on en train de sauver les apparences
• comme Ptolémée avec ses épicycles ?

.
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LES PROCHAINES ETAPES

• début 2008 (si tout va bien) lancement de
  Planck (ESA)
• - amélioration de la sensibilité (10-6) et de
  la résolution angulaire (10 arcmin)
• par rapport à WMAP
• - gain particulièrement sensible pour la
  polarisation (x 20)
• expériences astroparticules EDELWEISS, ANTARES
• 2008 2012 ALMA (interféromètre
  millimétrique)
• premières étapes de
  lévolution des galaxies
• perspective à long terme JWST (NASA, 2013
  2014 ?)
• sondages profonds dans le
  visible, linfrarouge proche
• et linfrarouge thermique
• encore plus loin CMBpol / JDEM

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Formation des étoiles et des systèmes planétaires

• autre question très ancienne ( cosmogonie )
• extraordinaire foisonnement de découvertes
  depuis 1995
• (1ère planète autour dune étoile
  de la séquence principale)
• Des perspectives très prometteuses à moyen et
  long terme

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NUAGES MOLECULAIRES, ZONES DE FORMATION STELLAIRE
Globules, protoétoiles, disques protoplanétaires
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ISO ET SPITZER (infrarouge thermique 6 à 100 µm)
Concentrations de poussière et de gaz,
premières émissions thermiques Disques
daccrétion Nébuleuses proto- Planétaires
Prochaines étapes Herschel (60 µm à 625 µm, 4
arcmin) 2008 ALMA (0,5 mm à 3,5 mm,
0.1 arcsec) 2010-2012 JWST / MIRI (6 à 25
µm, 0,1 arcsec) 2013-2014
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LA REVOLUTION DES PLANETES EXTRASOLAIRES
10000
3 en 1995 (dont 2 autour dun pulsar) 200
aujourdhui Vitesses radiales ELODIE HARPS /
SOPHIE Occultations stellaires (planètes
proches de leur étoile) Lentilles
gravitationnelles
1000
Jupiter
Masse / Terre
1 m/s HARPS SOPHIE
100
Saturne
Neptune
Uranus
10
Terre
1
0.1
1
10
100
Distance à létoile (UA)
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• Les Jupiters chauds effet de biais, mais
  surprise totale
• modèles de formation planétaires
• disques structurés radialement depuis
  Kant et Laplace
• gradients réfractaires volatils,
  réduits (fer) oxydés
• processus de migration qui balaient tout
  sur leur passage
• premières détections datmosphères
  exoplanétaires
• taux de succès 5 à 10 (alors quon détecte
  Jupiter !)
• vers une planétologie comparée des systèmes
  planétaires
• le système solaire serait-il atypique ?

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LES SYSTEMES MULTIPLES SE MUTLIPLIENT
Upsilon Andromedae
HD 82943

Terre
Mars
Mars
Terre
m11.7 Mjup/sin i, m21.8 Mjup/sin i

• 2, 3, 4 planètes autour de près de 10 étoiles
• mais les orbites sont elliptiques !
• facteur 2 et sur les flux stellaires pb
  pour lapparition de la vie

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LES PERSPECTIVES DE NOUVELLES DETECTION
10000

• Vitesses radiales
• HARPS
• SOPHIE
• occultations (HST, sol)
• Lentilles gravitationelles
• 2006 COROT
• (occultations)
• 2008 Kepler
• (occultations)
• 2012 GAIA (astrométrie)
• 2015 2020
• TPF - DARWIN
• détection directe,

GAIA (2012)
1000
Jupiter
Masse / Terre
1 m/s HARPS SOPHIE
100
Saturne
Neptune
COROT (11/2006)
Uranus
10
KEPLER (2008)
Terre
1
0.1
1
10
100
Distance à létoile (UA)
20
LES CONDITIONS DAPPARITION DE LA VIE de
la pluralité des mondes habités

• présence deau liquide
• molécules organiques complexes
• source dénergie (solaire, chimique)
• protection contre les rayonnements ionisants

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TITAN UN ENVIRONNEMENT RICHE EN COMPOSES
CARBONES
rivières et lacs dhydrocarbures
Observations radar du pôle Nord (07/2006)
Caméra de descente de Huygens (01/2005)
carboné ne veut pas forcément dire organique !
(C6 H6 pour le moment)
De la glace deau en surface, mais leau liquide
est à 100 km sous la surface (pas facile daller
voir)
22
Encelade (satellite de Saturne,
500 km)
LES OCEANS SUBGLACIAIRES PROCHES DE LA SURFACE
03/2006
Europe (satellite de Jupiter, 3150 km) surface
active, 10 15 km de glace au dessus dun
océan source dénergie marées
Point chaud et Geyser observés par Cassini
en mars 2006 eau liquide à moins de 10 km de
profondeur
Galileo (NASA), 1998
23
LA PLANETE MARS EAU LIQUIDE OU PAS ?
âge 2 milliards dannées
Grandes structures découlement Kasei Vallis
(HRSC, Mars Express)
Mars planète bleue il y a moins
de deux milliards dannées ?
24
Véhicules martiens Spirit et Opportunity
de la NASA (2004 - )
sulfates (évaporites ?) observés seulement dans
les Affleurements danciens terrains (
Noachien , - 4 milliards dannées)
roches sédimentaires
25
Sulfates de Magnésium dans les dépôts en couches
Mars Express,OMEGA / HRSC juillet 2005
26
bleu argiles observées dans les terrains
anciens Ni dans la  rivière  ni dans
l océan  !)
Mawrth Vallis
50 km
OMEGA / HRSC
27
Les observations dOMEGA/Mex ont joué un rôle
déterminant dans la définition de la liste
préliminaire des sites possibles
datterrissage pour les grandes missions
dexobiologie de 2009-2012 (MSL et ExoMars)
Mars Surface Laboratory, ExoMars ?
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Mars il y a quatre milliards dannées

• minéraux des argiles eau liquide en surface
• il faut être au dessus du point triple au
  moins 500 mbars datmosphère
• conditions réunies pendant plusieurs centaines
  de millions dannées
• analogies possibles avec la Terre primitive
• La recherche de formes de vies fossiles dans les
  terrains Noachiens
• est un objectif difficile, mais légitime et
  essentiel, qui intéresse bien
• au-delà de la communauté astrophysique
• un cas, ce peut être lexception, deux cas
  indépendants, cest la règle
• léquation eau liquide 300 millions dannées
  vie serait
• alors plausible pour TOUTES les planètes de
  lunivers
• Corollaire comme pour le changement climatique,
  il faut être
• extrêmement prudent, en évitant les scoops
  (nanobactéries en 2001 !)

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CONDITIONS DAPPARITION DE LA VIE LES
PERSPECTIVES

• 2005 2009 observations combinées de Mars
  Express (ESA) et de
• MRO (NASA), très haute
  résolution 30 cm VIS, 20 m IR
• fin 2010 véhicule dexploration MSL (NASA),
  600 kg
• fin 2012 (?) véhicule dexploration ExoMars
  (ESA), 450 kg
• mi 2014 rendez-vous avec une comète (Rosetta,
  ESA)
• composés organiques complexes
  ?
• horizon 2015 retour déchantillons martiens
• 2015 2020 mission vers Europe
• 2015 2020 premières observations
  spectroscopiques des exoplanètes
• 2020 2025 mission de nouvelle génération
  vers Titan et/ou Encelade

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STRUCTURE INTERNE CHAMP MAGNETIQUE
ACTIVITE STELLAIRE

• problème des neutrinos solaires (1/3 du flux
  prévu)
• héliosismologie modèles de structure
  interne du soleil
• expériences neutrinos SuperKamiokande,
  Sandbury
• la solution oscillations des trois neutrinos
  (e, m, t)

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Vitesse du son
Héliosismologie et mesure du champ
magnétique sur SOHO
densité
32
MDI / SOHO séisme se propageant à partir
dune éruption solaire
la Terre, à léchelle
33
SOHO EIT,
Lasco suivi des structures à différentes
températures lors des éruptions
Chauffage de la
couronne solaire reconnection
magnétique et turbulence aux différentes
échelles Ulysse (1991
2006), 1,5 cycle solaire Vent solaire rapide
(gt 600 km/s, zones polaires), vent solaire lent
( 400 km/s)
34

• STRUCTURE INTERNE, CHAMP MAGNETIQUE
• ET ACTIVITE STELLAIRE LES PERSPECTIVES
• 2006 2009 Poursuite des opérations Soho /
  Cluster
• fin 2006 COROT, sismologie dautres étoiles de
  la séquence principale
• fin 2006 Stereo, observations simultanées du
  soleil avec 2 satellites
• fin 2008 SDO, observatoire solaire à très
  haute résolution, très haut débit
• 2013 2015 Magnetospheric multi-scale mission
  (NASA)
• 2013 2015 Solar Orbiter (ESA), observations
  hors écliptique du soleil
• et de lhéliosphère
  interne
• après 2015 Solar Probe, 4 rayons solaires, 4
  Mwatts / m2 ??
• grands observatoires (VLT/VLTi, ALMA, JWST,
  SKA)
• observations Haute
  résolution des environnements stellaires

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LORIGINE DES SURSAUTS GAMMAS
Distribution isotrope (1991, GRO / Bates)
origine extragalactique Contrepartie X dun
sursaut g Observée par Beppo-Sax en
1997 Contrepartie optique dun Sursaut g
observée par Hubble en 1999 relativistic
fireball shock model (1994) Fusion dune
binaire compacte (étoile à neutron double)
Effondrement du noyau en rotation rapide dune
étoile massive, ( collapsar )
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LES OBJETS COMPACTS

• Intérêt majeur en tant que laboratoires de
  physique en conditions extrêmes
• la décroissance des orbites des pulsars doubles
  a constitué
• la première confirmation de lémission dondes
  gravitationnelles
• trous noirs massifs (quasars) au centre des
  galaxies, dont la nôtre

VLT / NAOS-CONICA, 2002 objet quasi-ponctuel (dia
mètre lt 100 UA) de 3 millions de masses solaires
correspondant à la source X Sagittarius A
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OBJETS COMPACTS ET SURSAUTS GAMMAS LES
PERSPECTIVES

• 2006 2011 poursuite de lexploitation
  dIntegral, Newton, Chandra
• 2006 2010 expériences astroparticules
  (ANTARES, HESS, AUGER)
• tests de détection dondes gravitationnelles avec
  VIRGO
• 2007 GLAST (NASA, observatoire g à
  grande surface collectrice)
• 2011 2012 SIMBOL-X (CNES, à confirmer),
  résolution 10 arcsec
• 2015 2020 observatoire X de nouvelle
  génération (NASA / ESA ?)
• 2015 2020 observatoire dondes
  gravitationnelles dans lespace LISA ?

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LUNIVERS EN TANT QUE LABORATOIREles enjeux avec
les autres disciplines

• Physique
• relativité générale (trous noirs, ondes
  gravitationnelles, horloges)
• physique des particules de très grande
  énergie,  grande unification 
• magnétohydrodynamique (environnements
  stellaires, magnétosphères)
• Chimie
• milieux extrêmes (dilués et froids, haute
  pression)
• chimie hétérogène (interactions gaz grains
  hors collisions)
• Géochimie
• différenciation planétaire, fractionation
  isotopique
• Géologie / Aéronomie
• tectonique monoplaque (Mars, Vénus, Lune)
• tectonique des corps glacés (satellites des
  planètes géantes)
• modèles de circulation globale (Vénus, Mars,
  Titan)
• effet de serre, aérosols, ozone (Vénus, Mars,
  Titan)
• Biologie