Galaxies et cosmologie - Françoise Combes
Collège de France
La chaire s'intéresse à tous les aspects de la formation des structures dans l'Univers, à partir de l'instant initial du Big Bang, où l'Univers était très homogène. Au XXIe siècle, la cosmologie est devenue une science de précision, où le taux d'expansion de l'Univers, et son accélération sont connus, sa courbure nulle et son contenu en matière et énergie ont été mesurés avec précision. Pourtant, il n'y a que 5 % de matière ordinaire, et 95 % de secteur noir, dont 25 % de matière noire et 70 % d'énergie sombre. De nombreux modèles alternatifs viennent défier le modèle standard de matière noire froide, qui rencontre beaucoup de problèmes pour expliquer les galaxies.L'existence des galaxies n'a été établie qu'en 1926. Auparavant, les astronomes ne disposaient pas de bons indicateurs de distance, et confondaient les nuages de la Voie lactée, et les galaxies extérieures à la nôtre, tous appelés « nébuleuses ». L'expansion de l'Univers, et la loi de Hubble-Lemaître, n'a été établie que dans les années 1930. Aujourd'hui, l'Univers jusqu'aux limites de notre horizon observable a été exploré, il contient au moins deux mille milliards de galaxies. Les télescopes dans l'espace (Hubble, James-Webb, Euclid), ou au sol (VLT, ELT, ALMA, SKA) nous permettent de préciser de plus en plus la physique des galaxies, et d'établir la théorie de leur formation, de même que l'histoire cosmique de la formation d'étoiles.Les galaxies évoluent en symbiose avec leur trou noir supermassif, qui existe au centre de chaque bulbe de galaxie. Ce trou noir est alimenté par le gaz et les étoiles de la galaxie qui orbitent près du centre. Depuis quelques années, la détection des ondes gravitationnelles nous renseignent sur le taux de fusion des trous noirs, et des observations interférométriques à très haute résolution angulaire ont pu faire l'image de l'ombre de trous noirs supermassifs.BiographieAstrophysicienne à l'Observatoire de Paris, membre de l'Académie des sciences, Françoise Combes a été directrice adjointe du Laboratoire de physique de l'École normale supérieure (ENS) de 1985 à 1989. Elle a été présidente de la Société française d'astronomie et d'astrophysique (2002-2004) et a dirigé le Programme national galaxies du CNRS (2001-2008). Elle est éditrice de la revue européenne Astronomy & Astrophysics, depuis 2003. Ses activités de recherche sont consacrées à la formation et à l'évolution des galaxies, dans un contexte cosmologique. Par ses simulations numériques, elle a été la première à découvrir le mécanisme permettant de former des bulbes dans les galaxies spirales, par des résonances verticales des barres stellaires. Elle a également été pionnière dans les absorptions moléculaires devant des quasars éloignés, conduisant à des contraintes sur la variation des constantes fondamentales. Elle a reçu la médaille d'or 2020 du CNRS ainsi que le prix international Pour les Femmes et la Science L'Oréal-UNESCO 2021.
Episodes
Mentioned books
Jan 15, 2024 • 1h 11min
Séminaire : Étoiles et trous noirs - Spectre de masse des étoiles
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2023-2024Séminaire : Étoiles et trous noirs - Spectre de masse des étoilesIntervenant(s)Patrick HennebelleCEA SaclayRésuméLes étoiles jouent un rôle essentiel dans l'histoire de notre Univers. En effet, les étoiles synthétisent les éléments lourds tels par exemple que l'oxygène et le carbone qui sont essentiels au vivant. Par ailleurs, les étoiles injectent de l'énergie dans les galaxies sous forme de rayonnement et de mouvement. Enfin autour des étoiles orbitent des planètes dont la température peut être grandement affectée par le rayonnement de l'étoile. Or les caractéristiques des étoiles, tel que leur temps de vie ou encore leur luminosité, dépendent très sensiblement de leur masse. C'est pourquoi il est fondamental de connaitre la distribution en masse des étoiles. Combien y a t-il de « grosses étoiles » et combien de « petites » ? L'exposé s'efforcera de montrer les enjeux, les données observationnelles ainsi que les grandes idées qui pourraient expliquer la distribution de masse des étoiles.
Jan 15, 2024 • 58min
04 - Étoiles et trous noirs : Les naines blanches et nébuleuses planétaires
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2023-2024Étoiles et trous noirs04 - Étoiles et trous noirs : Les naines blanches et nébuleuses planétairesRésuméLes étoiles de masse inférieure à 8 masses solaires n'ont pas une température suffisante pour allumer la fusion du carbone, et terminent leur vie en naines blanches, cœurs compacts après éjection de leur enveloppe en nébuleuses planétaires. Le cœur est stabilisé contre l'effondrement gravitationnel par la pression quantique de Pauli, où les électrons sont dégénérés. Récemment, les diverses étapes de prénaines blanches ont pu être identifiées dans le diagramme HR par GAIA. Les nébuleuses planétaires ont des morphologies très variées, leur taille et leurs raies d'oxygène ionisé en font un traceur précieux de potentiel dans les galaxies.
Jan 8, 2024 • 59min
Séminaire : Étoiles et trous noirs - Astérosismologie
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2023-2024Séminaire : Étoiles et trous noirs - AstérosismologieIntervenant(s)Benoît MosserObservatoire de ParisRésuméDiverses missions spatiales de photométrie ultra-précise ont permis, depuis une quinzaine d'années, d'enrichir la physique stellaire par l'astérosismologie. L'écoute attentive des vibrations stellaires s'est révélée d'une richesse et d'une acuité insoupçonnées, permettant de contraindre la masse et le rayon des étoiles, de mesurer leur état évolutif ou leur rotation, d'estimer leur âge, de sonder les mécanismes à l'œuvre pour transporter matière et énergie du cœur vers la surface. Un état des lieux de ces observations et de leur moisson scientifique montrera combien ces nouvelles mesures sismiques sont cruciales pour la physique stellaire, mais aussi pour l'exoplanétologie et la physique galactique.
Jan 8, 2024 • 1h 2min
03 - Étoiles et trous noirs : Évolution sur la séquence principale, synthèse des métaux
Exploration des origines des éléments: fusion stellaire jusqu au fer et synthèse des métaux. Discussion des processus s et r de capture de neutrons et de leurs sites astrophysiques. Rôle des fusions d étoiles à neutrons et de GW170817 pour produire les éléments lourds. Simulations 3D du cœur stellaire, signatures observationnelles comme le technétium et implications pour l archéologie chimique galactique.
Dec 18, 2023 • 48min
Séminaire : Étoiles et trous noirs - Le champ magnétique des étoiles
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2023-2024Séminaire - Galaxies et trous noirs - Le champ magnétique des étoilesIntervenant(s)Coralie NeinerObservatoire de ParisRésuméLa plupart des étoiles ont un champ magnétique. Si l'étoile est froide, ce champ magnétique est dynamo, c'est-à-dire continuellement généré par l'étoile elle-même. Si l'étoile est chaude, le champ est d'origine fossile, c'est-à-dire une relique de la formation de l'étoile. La présence d'un champ magnétique a des effets très importants sur l'étoile elle-même, sa structure et son évolution, son environnement proche et les planètes autour. La spectropolarimétrie permet de mesurer et cartographier les champs magnétiques à la surface des étoiles pour mieux les comprendre.
Dec 18, 2023 • 58min
02 - Étoiles et trous noirs : Physique des étoiles, selon leur masse
Françoise Combes, astrophysicienne au Collège de France spécialiste de la formation et de l'évolution des galaxies. Elle parle du diagramme HR et de la classification stellaire. Elle explique comment la masse détermine la vie et la fin des étoiles. Elle raconte les apports du satellite Gaia et les traces des fusions galactiques.
Dec 4, 2023 • 41min
Séminaire : Étoiles et trous noirs - Sylvie Cabrit : Proto-étoiles et flots bipolaires
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2023-2024Séminaire - Galaxies et trous noirs - Sylvie Cabrit : Proto-étoiles et flots bipolairesIntervenant(s)Sylvie Cabrit, Obs-ParisRésuméLes premières étapes de formation d'une étoile s'accompagnent de puissantes et spectaculaires éjections de matière, dont l'origine est encore mystérieuse, mais qui semblent être un ingrédient essentiel du processus de formation stellaire. Je présenterai leurs caractéristiques principales, ainsi que les détails inédits de leur structure récemment révélés par les grands télescopes dans l'espace (HST, JWST) et au sol (ALMA, NOEMA). Je discuterai ensuite des différents scénarios envisagés pour leur origine, de leur impact sur la formation stellaire et planétaire, et des toutes dernières pistes de recherche à ce sujet.
Dec 4, 2023 • 1h 1min
01 - Étoiles et trous noirs : Formation des étoiles au cœur des nuages moléculaires
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2023-2024Étoiles et trous noirs01 - Étoiles et trous noirs : Formation des étoiles au cœur des nuages moléculairesRésuméLes nuages moléculaires, berceau de la formation d'étoiles, forment des structures self-similaires sur un grand domaine d'échelles. Ce sont des grumeaux et des filaments entre la taille du Système solaire et des centaines d'années-lumière. Cette hiérarchie de structures, soumise à la gravité, mais stabilisée par la turbulence et les champs magnétiques, va s'effondrer en cœurs froids, puis en étoiles, au centre d'un disque protostellaire, puis protoplanétaire, où naissent des embryons de planètes. La physique de ces processus est révélée par des observations de plus en plus performantes avec les télescopes dans l'espace (HST, JWST) ou au sol (ALMA).
Feb 6, 2023 • 1h 9min
Séminaire : Formation hiérarchique des galaxies - Andrea Cattaneo : Modèles semi-analytiques
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2022-2023Séminaire - Formation hiérarchique des galaxies - Andrea Cattaneo : Modèles semi-analytiquesAndrea Cattaneo, Observatoire de ParisLa formation des galaxies est un processus en deux étapes. L'instabilité gravitationnelle de fluctuations primordiales de densité forme les halos de matière noire. L'effondrement du gaz dans les halos de matière forme les galaxies lumineuses. La modélisation semi-analytique traite ces deux étapes séparément. D'abord, on construit des arbres de fusion pour suivre la croissance hiérarchique des halos de matière noire. Puis, on utilise des modèles analytiques pour décrire l'évolution des baryons dans les halos de matière noire. Nous décrirons le contexte dans lequel cette approche a été développée, les principales hypothèses et les observations que les modèles semi-analytiques cherchent à expliquer. Nous conclurons avec la présentation de quelques résultats récents.
Feb 6, 2023 • 1h 1min
09 - Formation hiérarchique des galaxies : Histoire de la matière noire
Françoise CombesCollège de FranceGalaxies et cosmologieAnnée 2022-2023Modèle cosmologique, conditions initiales, instabilité gravitationnelle09 - Formation hiérarchique des galaxies : Histoire de la matière noireLes galaxies commencent à briller lorsque la matière ordinaire s'effondre dans les halos de matière noire pré-existants, et forment des étoiles. Au départ la fraction universelle de matière ordinaire est de 17 %, mais à cause des phénomènes de rétro-action de la formation stellaire (supernovae, vents stellaires), et aussi des noyaux actifs et trous noirs, la matière ordinaire est éjectée, pour ne représenter plus que 4 % de la masse des galaxies. Le destin des différentes composantes de matière sans l'Univers sera suivie en fonction du temps, par les observations et simulations.
