Étude des Oscillations Acoustiques des Baryons (BAO)
Contexte : L'écho d'une onde sonore primordiale.
Dans les premiers instants de l'Univers, la matière et la lumière formaient un plasma chaud et dense. Les petites fluctuations de densité dans ce plasma se propageaient comme des ondes sonores. Lorsque l'Univers s'est refroidi et est devenu transparent (un événement appelé recombinaisonEnviron 380 000 ans après le Big Bang, lorsque les protons et les électrons se sont combinés pour former des atomes d'hydrogène neutres. L'Univers est alors devenu transparent à la lumière.), ces ondes se sont "figées", laissant une empreinte caractéristique : une surdensité de matière à une distance bien précise de la fluctuation initiale. Cette distance, appelée "horizon sonore", agit comme une règle standard cosmique. En mesurant la taille apparente de cette règle dans la distribution des galaxies aujourd'hui, les cosmologistes peuvent cartographier l'histoire de l'expansion de l'Univers.
Remarque Pédagogique : Cet exercice est une application directe de la physique des fluides et de la géométrie à la cosmologie. Nous allons calculer la taille physique de cette "règle standard" (l'horizon sonore) à partir des conditions de l'Univers primordial, puis l'utiliser avec une mesure angulaire pour en déduire une distance cosmologique, un pilier de la cosmologie moderne.
Objectifs Pédagogiques
- Calculer la vitesse du son dans le plasma primordial.
- Estimer la taille de l'horizon sonore à l'époque de la recombinaison.
- Utiliser l'échelle des BAO comme "règle standard" pour calculer la distance de diamètre angulaire.
- Comparer cette distance mesurée à la prédiction d'un modèle cosmologique simplifié.
- Comprendre comment les BAO contraignent les paramètres cosmologiques comme l'énergie sombre.
Données de l'étude
Le Principe de la Règle Standard BAO
| Paramètre | Symbole | Valeur (approximative) | Unité |
|---|---|---|---|
| Redshift de la recombinaison | \(z_{\text{rec}}\) | \(1090\) | (sans dimension) |
| Constante de Hubble actuelle | \(H_0\) | \(67.4\) | \(\text{km} \cdot \text{s}^{-1} \cdot \text{Mpc}^{-1}\) |
| Densité de matière (baryons + noire) | \(\Omega_m\) | \(0.315\) | (sans dimension) |
| Densité de baryons | \(\Omega_b\) | \(0.049\) | (sans dimension) |
| Densité de radiation (photons + neutrinos) | \(\Omega_r\) | \(9 \times 10^{-5}\) | (sans dimension) |
| Angle BAO observé | \(\theta_{\text{BAO}}\) | \(0.0104\) | \(\text{radians}\) (\(\approx 0.6^\circ\)) |
Questions à traiter
- Calculer la vitesse du son \(c_s\) dans le plasma primordial à l'époque de la recombinaison.
- Estimer la taille du comobile de l'horizon sonore, \(r_s\), à la recombinaison.
- En utilisant \(r_s\) comme règle standard et l'angle observé \(\theta_{\text{BAO}}\), calculer la distance de diamètre angulaire \(D_A\) jusqu'à la surface de dernière diffusion.
- Comparer la valeur de \(D_A\) obtenue à celle prédite par un univers simple sans énergie sombre (modèle d'Einstein-de Sitter).
Les bases de la Cosmologie Primordiale
Avant de commencer, revoyons les concepts fondamentaux.
1. Le Plasma Baryon-Photon :
Avant la recombinaison, l'Univers était si chaud que les électrons et les protons ne pouvaient pas former d'atomes. Ils formaient un plasma, fortement couplé aux photons par diffusion Thomson. Ce fluide unique de baryons et de photons se comportait comme un gaz parfait, dans lequel la pression des photons était dominante. C'est cette pression qui permettait la propagation d'ondes sonores.
2. L'Horizon Sonore :
C'est la distance maximale qu'une onde sonore a pu parcourir depuis le Big Bang (\(t=0\)) jusqu'à un temps \(t\) donné. À la recombinaison (\(t=t_{\text{rec}}\)), les photons se découplent de la matière, et les ondes sonores cessent de se propager. La distance \(r_s\) à ce moment-là est "imprimée" dans la distribution de matière et dans les anisotropies du fond diffus cosmologique (CMB).
3. La Distance de Diamètre Angulaire :
C'est une notion de distance utilisée en cosmologie qui relie la taille physique d'un objet (\(L\)) à sa taille angulaire observée (\(\theta\)) par la formule simple \(D_A = L / \theta\). Cependant, à cause de l'expansion de l'Univers, le calcul de \(D_A\) en fonction du redshift \(z\) dépend de toute l'histoire de l'expansion, et donc de la composition de l'Univers (\(\Omega_m, \Omega_\Lambda\)).
Correction : Étude des Oscillations Acoustiques des Baryons
Question 1 : Calculer la vitesse du son (cs)
Principe (le concept physique)
La vitesse du son dans un fluide dépend de sa compressibilité et de sa densité. Dans le plasma primordial, la pression est presque entièrement due aux photons, tandis que l'inertie (la "masse" à déplacer) est due à la fois aux photons et aux baryons. La présence des baryons, qui n'apportent pas de pression mais ajoutent de l'inertie, ralentit l'onde sonore par rapport à un pur plasma de photons.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
La formule générale de la vitesse du son est \(c_s^2 = dp/d\rho\). Pour le fluide baryon-photon, la pression \(p = p_\gamma = \rho_\gamma c^2 / 3\) et la densité d'énergie \(\rho = \rho_\gamma + \rho_b\). En calculant la dérivée, on trouve que la vitesse du son est donnée par la formule que nous allons utiliser, où le paramètre \(R\) quantifie le "poids" des baryons par rapport à la pression des photons.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Pensez à une corde de guitare : plus elle est tendue (haute pression), plus le son est aigu (vitesse élevée). Plus elle est lourde (haute inertie), plus le son est grave (vitesse faible). Les baryons "alourdissent" le fluide cosmique sans augmenter sa "tension", ce qui ralentit le son.
Modèle de référence (le contexte observationnel)
Les densités \(\Omega_b\) et \(\Omega_r\) sont des paramètres fondamentaux du modèle \(\Lambda\text{CDM}\), mesurés avec une précision extrême par des expériences comme le satellite Planck en analysant les anisotropies du Fond Diffus Cosmologique (CMB).
Formule(s) (l'outil mathématique)
La vitesse du son \(c_s\) est donnée par :
où \(\rho_b\) et \(\rho_\gamma\) sont les densités d'énergie des baryons et des photons. Le rapport des densités évolue avec le redshift \(z\) comme \(\rho_b/\rho_\gamma \propto (1+z)^{-1}\).
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose un couplage parfait entre baryons et photons avant la recombinaison. On néglige la contribution des neutrinos à la pression pour simplifier.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- \(z_{\text{rec}} = 1090\)
- \(\Omega_b = 0.049\)
- \(\Omega_r = 9 \times 10^{-5}\) (qui est dominée par les photons, donc \(\Omega_\gamma \approx \Omega_r\))
- \(c = 3 \times 10^8 \, \text{m/s}\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Le rapport des densités aujourd'hui est \(\rho_{b,0}/\rho_{\gamma,0} = \Omega_b/\Omega_\gamma\). À un redshift \(z\), ce rapport devient \((\Omega_b/\Omega_\gamma) \times (1+z)^{-1}\). Cela évite de manipuler les densités absolues.
Schéma (Avant les calculs)
Le Fluide Baryon-Photon
Calcul(s) (l'application numérique)
1. Calculer le rapport des densités \(R\) à \(z_{\text{rec}}\) :
2. Calculer la vitesse du son \(c_s\) :
Schéma (Après les calculs)
Vitesse du Son Primordial
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La vitesse du son dans le plasma primordial était d'environ la moitié de la vitesse de la lumière. C'est une vitesse extraordinairement élevée, due à l'immense pression de radiation des photons. C'est cette vitesse qui a permis aux ondes de parcourir des distances cosmologiques en "seulement" 380 000 ans.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Ne pas oublier le facteur \((1+z)^{-1}\) dans le calcul de \(R\). Les densités de matière et de radiation n'évoluent pas de la même manière avec l'expansion, leur rapport dépend donc du temps (ou du redshift).
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- La vitesse du son dans le plasma primordial dépend du rapport baryon/photon.
- Les baryons ajoutent de l'inertie et ralentissent l'onde.
- La valeur de \(c_s\) est une fraction significative de la vitesse de la lumière.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Les "pics acoustiques" que l'on voit dans le spectre de puissance du Fond Diffus Cosmologique sont la manifestation directe de ces ondes sonores. La position et l'amplitude de ces pics permettent de mesurer avec une précision incroyable les paramètres cosmologiques comme \(\Omega_b\) et \(\Omega_m\).
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Si l'Univers contenait deux fois plus de baryons (\(\Omega_b=0.098\)), quelle serait la nouvelle vitesse du son en m/s (en notation scientifique) ?
Question 2 : Estimer la taille de l'horizon sonore (rs)
Principe (le concept physique)
L'horizon sonore est la distance totale, en unités comobiles, que l'onde sonore a pu parcourir depuis le Big Bang jusqu'à la recombinaison. C'est la taille maximale de la "bulle de son" au moment où elle s'est figée. Pour la calculer, il faut intégrer la vitesse du son sur toute la période où les ondes se sont propagées.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Le calcul exact de \(r_s\) requiert une intégrale : \(r_s = \int_0^{t_{\text{rec}}} \frac{c_s}{a(t)} dt = \int_{z_{\text{rec}}}^{\infty} \frac{c_s(z)}{H(z)} dz\). Pour cet exercice, nous utiliserons une approximation très efficace qui donne un résultat proche du calcul complet. Elle est basée sur le calcul du paramètre de Hubble \(H(z)\) à la recombinaison, en tenant compte de la contribution de la matière et de la radiation.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
Pensez à un bateau qui fait des ronds dans l'eau sur un lac qui s'agrandit. La taille de la vague (l'horizon sonore) dépend de la vitesse de la vague (\(c_s\)) et du temps écoulé, mais aussi de l'agrandissement du lac (l'expansion de l'Univers, via \(H(z)\)). Le calcul intègre tous ces effets.
Modèle de référence (le contexte observationnel)
La valeur de l'horizon sonore est l'un des nombres les plus importants en cosmologie. La collaboration Planck (2018) a mesuré une valeur de \(r_s = 147.09 \pm 0.26\) Mpc. Notre calcul est une estimation qui devrait s'en approcher.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Nous estimerons l'horizon sonore avec la formule approximative :
Hypothèses (le cadre du calcul)
Cette formule est une approximation valable dans un univers dominé par la matière et la radiation. On néglige la contribution de l'énergie sombre (\(\Omega_\Lambda\)) à \(H(z)\) à l'époque de la recombinaison, car elle était totalement négligeable (\(\propto (1+z)^0\)).
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- \(c_s \approx 1.48 \times 10^8 \, \text{m/s}\) (de la Q1)
- \(H_0 = 67.4 \, \text{km} \cdot \text{s}^{-1} \cdot \text{Mpc}^{-1}\)
- \(z_{\text{rec}} = 1090\), \(\Omega_m = 0.315\), \(\Omega_r = 9 \times 10^{-5}\)
- \(1 \text{ Mpc} \approx 3.09 \times 10^{22} \, \text{m}\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Le terme \((1+z)^4\) pour la radiation va dominer le terme \((1+z)^3\) pour la matière à \(z=1090\). Attendez-vous à ce que \(H(z_{rec})\) soit beaucoup plus grand que \(H_0\).
Schéma (Avant les calculs)
Intégration de la Distance Sonore
Calcul(s) (l'application numérique)
1. Convertir \(H_0\) en unités SI (s⁻¹) :
2. Calculer \(H(z_{\text{rec}})\) :
3. Estimer \(r_s\) en mètres :
4. Convertir \(r_s\) en Mégaparsecs (Mpc) :
Schéma (Après les calculs)
Taille de la Règle Standard BAO
Réflexions (l'interprétation du résultat)
Notre estimation de \(r_s\) est de 0.063 Mpc. C'est la distance physique. Cependant, l'Univers s'est agrandi d'un facteur \((1+z_{rec}) = 1091\) depuis. La taille comobile, celle que nous mesurons aujourd'hui, est \(r_{s, \text{comobile}} = r_s \times (1+z_{rec}) \approx 0.063 \times 1091 \approx 69\) Mpc. Notre approximation est de l'ordre de la moitié de la valeur précise (\(\sim 147\) Mpc). Cela montre que le calcul est complexe, mais notre méthode capture l'ordre de grandeur et la physique impliquée. Pour la suite, nous utiliserons la valeur de référence de 147 Mpc.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
La plus grande confusion est entre la distance physique et la distance comobile. La distance physique est la distance réelle à un instant \(t\). La distance comobile est cette distance étirée par l'expansion jusqu'à aujourd'hui. L'horizon sonore \(r_s\) est par convention toujours donné en unités comobiles.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- L'horizon sonore est la distance maximale parcourue par le son avant la recombinaison.
- Son calcul dépend de l'histoire de l'expansion de l'Univers via \(H(z)\).
- Sa taille comobile est d'environ 147 Mpc, une "règle standard" figée dans le cosmos.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
Les relevés de galaxies comme le SDSS (Sloan Digital Sky Survey) ou DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) mesurent les positions de millions de galaxies. En calculant la distance moyenne entre toutes les paires de galaxies, ils trouvent une petite bosse, une probabilité légèrement plus élevée de trouver une autre galaxie à une distance d'environ 147 Mpc. C'est la signature des BAO.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
En utilisant la valeur de référence \(r_s = 147\) Mpc, si l'angle observé \(\theta_{\text{BAO}}\) était de 0.0208 radians, quelle serait la distance \(D_A\) en Mpc ?
Question 3 : Calculer la distance de diamètre angulaire (DA)
Principe (le concept physique)
Nous avons une règle de taille physique connue (\(r_s = 147\) Mpc) située très loin de nous (à \(z=1090\)). Nous mesurons l'angle sous lequel nous voyons cette règle dans le ciel (\(\theta_{\text{BAO}}\)). La géométrie simple nous dit que la distance à cet objet, appelée distance de diamètre angulaire \(D_A\), est simplement le rapport de la taille physique à la taille angulaire.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Dans un univers en expansion, la lumière voyage sur des géodésiques de l'espace-temps courbe. La distance de diamètre angulaire n'est pas simplement la distance parcourue par la lumière. Elle est définie précisément comme le rapport entre la taille transverse comobile d'un objet et son étendue angulaire. C'est une des principales méthodes pour mesurer les distances à l'échelle cosmologique.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
C'est comme estimer la distance d'une voiture la nuit. Vous ne connaissez pas sa distance, mais vous savez qu'un phare a une certaine taille. En mesurant la taille apparente du phare, vous pouvez en déduire la distance de la voiture. Ici, l'Univers nous fournit une "voiture" (la coquille BAO) de taille connue.
Modèle de référence (le contexte observationnel)
La mesure de \(\theta_{\text{BAO}}\) est l'un des résultats les plus importants de l'analyse du Fond Diffus Cosmologique par le satellite Planck. C'est la position angulaire du premier pic acoustique. La précision de cette mesure est de l'ordre de 0.1%.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Hypothèses (le cadre du calcul)
On suppose que la géométrie de l'Univers est euclidienne (plate) à grande échelle, ce qui est une excellente approximation selon les mesures du CMB. L'angle \(\theta\) doit être en radians.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- Taille de l'horizon sonore (valeur de référence), \(r_s = 147 \, \text{Mpc}\)
- Angle BAO observé, \(\theta_{\text{BAO}} = 0.0104 \, \text{radians}\)
Astuces(Pour aller plus vite)
Assurez-vous que l'angle est bien en radians. Si on vous donne un angle en degrés, il faut le convertir en multipliant par \(\pi/180\). Ici, la donnée est déjà dans la bonne unité.
Schéma (Avant les calculs)
Géométrie de la Mesure de Distance
Calcul(s) (l'application numérique)
Schéma (Après les calculs)
Distance à la Surface de Dernière Diffusion
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La distance de diamètre angulaire à la surface de dernière diffusion est d'environ 14 Gpc (milliards de parsecs). C'est une distance immense. Il est intéressant de noter que la "distance de voyage de la lumière" est plus grande (environ 46 milliards d'années-lumière, soit \(\sim 14\) Gpc), mais à cause de l'expansion, les objets lointains apparaissent plus grands qu'ils ne le seraient dans un univers statique, ce qui donne une \(D_A\) plus petite.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Ne pas confondre les différentes notions de distance en cosmologie : distance de luminosité, distance comobile, distance de diamètre angulaire... Chacune a une définition et une utilité précise. Pour les tailles angulaires, c'est toujours \(D_A\) qu'il faut utiliser.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- Les BAO fournissent une "règle standard" de taille comobile connue, \(r_s\).
- La mesure de l'angle \(\theta_{\text{BAO}}\) sous lequel cette règle est vue permet de calculer la distance de diamètre angulaire \(D_A\).
- Cette méthode est une des plus puissantes pour cartographier l'Univers.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
La même physique des ondes sonores s'applique aux étoiles ! L'héliosismologie étudie les ondes sonores qui se propagent à l'intérieur du Soleil pour sonder sa structure interne, de la même manière que les sismologues utilisent les ondes sismiques pour étudier l'intérieur de la Terre.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Si une future expérience mesurait un angle \(\theta_{\text{BAO}}\) de 0.0100 radians (plus petit), quelle serait la nouvelle distance \(D_A\) en Mpc ?
Question 4 : Comparer à un modèle d'Univers simple
Principe (le concept physique)
Maintenant que nous avons une "mesure" de \(D_A\) basée sur l'observation, nous pouvons la comparer à une "prédiction" théorique. Le modèle le plus simple est un univers d'Einstein-de Sitter (EdS), qui ne contient que de la matière (\(\Omega_m=1\)) et est plat. En calculant la distance \(D_A\) prédite par ce modèle et en la comparant à notre mesure, nous pouvons tester la validité de ce modèle simple.
Mini-Cours (approfondissement théorique)
Dans un univers EdS, l'expansion est toujours en train de ralentir à cause de l'attraction gravitationnelle de la matière. Dans notre univers réel, l'énergie sombre provoque une accélération récente de l'expansion. Cette histoire d'expansion différente se traduit par une relation distance-redshift différente. La comparaison des deux nous informe sur la présence et la quantité d'énergie sombre.
Remarque Pédagogique (le conseil du professeur)
C'est la démarche scientifique classique : on fait une hypothèse simple (l'Univers ne contient que de la matière), on calcule ses conséquences (la valeur de \(D_A\)), et on compare à l'expérience. Si ça ne correspond pas, l'hypothèse est fausse et il faut un modèle plus complexe (avec de l'énergie sombre).
Modèle de référence (le contexte observationnel)
Le modèle d'Einstein-de Sitter était le modèle de référence pendant une grande partie du 20ème siècle, avant la découverte de l'énergie sombre. Il sert aujourd'hui de "modèle nul" de comparaison pour mettre en évidence les effets de la cosmologie moderne.
Formule(s) (l'outil mathématique)
Pour un univers d'Einstein-de Sitter (\(\Omega_m=1, \Omega_\Lambda=0\)), la distance de diamètre angulaire a une solution analytique simple :
Hypothèses (le cadre du calcul)
On calcule la prédiction pour un univers hypothétique contenant uniquement de la matière, avec la même constante de Hubble \(H_0\) que notre univers.
Donnée(s) (les chiffres d'entrée)
- \(z = z_{\text{rec}} = 1090\)
- \(H_0 = 67.4 \, \text{km} \cdot \text{s}^{-1} \cdot \text{Mpc}^{-1}\)
- \(c = 3 \times 10^5 \, \text{km/s}\) (on utilise les km/s pour simplifier avec \(H_0\))
Astuces(Pour aller plus vite)
Le terme \(c/H_0\) est la "distance de Hubble", une échelle de distance fondamentale en cosmologie. Calculez-la une fois pour toutes en Mpc : \(c/H_0 = (3 \times 10^5 \text{ km/s}) / (67.4 \text{ km/s/Mpc}) \approx 4451\) Mpc.
Schéma (Avant les calculs)
Comparaison de Modèles Cosmologiques
Calcul(s) (l'application numérique)
1. Calculer la distance de Hubble \(c/H_0\) :
2. Calculer \(D_A^{\text{EdS}}\) à \(z=1090\) :
Schéma (Après les calculs)
Résultat de la Comparaison
Réflexions (l'interprétation du résultat)
La prédiction du modèle d'Einstein-de Sitter (7.9 Mpc) est radicalement différente de la distance mesurée avec les BAO (14135 Mpc). Ce désaccord flagrant prouve que le modèle simple est incorrect. L'Univers ne peut pas être composé uniquement de matière. L'histoire de son expansion doit être différente, et c'est précisément le rôle de l'énergie sombre de modifier cette histoire pour rendre la prédiction théorique de \(D_A\) (calculée avec le modèle \(\Lambda\text{CDM}\) complet) compatible avec la mesure.
Points de vigilance (les erreurs à éviter)
Attention à ne pas conclure que la méthode BAO est fausse. Au contraire, c'est la robustesse de la mesure BAO qui nous permet d'exclure avec une grande confiance des modèles cosmologiques simples et de prouver la nécessité d'ingrédients plus exotiques comme l'énergie sombre.
Points à retenir (permettre a l'apprenant de maitriser la question)
- La distance de diamètre angulaire dépend fortement du modèle cosmologique.
- Un modèle simple (Einstein-de Sitter) échoue à prédire la distance mesurée par les BAO.
- Ce désaccord est une preuve observationnelle forte en faveur de l'énergie sombre.
Le saviez-vous ? (la culture de l'ingénieur)
La combinaison des mesures du CMB (qui sondent l'univers jeune) et des BAO dans la distribution des galaxies (qui sondent l'univers plus récent) est extrêmement puissante. Elle permet de "voir" l'effet de l'énergie sombre qui devient dominante à des époques tardives, et de contraindre sa nature avec une grande précision.
FAQ (pour lever les doutes)
Résultat Final (la conclusion chiffrée)
A vous de jouer(pour verifier la comprehension de l'etudiant parrapport a la question)
Dans la formule EdS, pour des \(z\) très grands, le terme \(\sqrt{1+z}\) est négligeable. Quelle est la limite de \(D_A^{\text{EdS}}(z)\) quand \(z \rightarrow \infty\) ? (en Mpc)
Outil Interactif : L'Évolution du Cosmos
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Destin de l'Univers
Le Saviez-Vous ?
Le terme "Baryon" dans BAO est un peu un abus de langage. Bien que les baryons (protons, neutrons) soient essentiels pour "alourdir" l'onde sonore, la surdensité finale est dominée par la matière noire. La gravité de la matière noire a attiré la matière baryonique dans les mêmes régions après la recombinaison, amplifiant le signal que nous observons aujourd'hui dans la distribution des galaxies.
Foire Aux Questions (FAQ)
Pourquoi l'horizon sonore est-il une "règle standard" ?
Parce que sa taille, \(r_s\), ne dépend que de la physique bien comprise de l'Univers primordial (densités de matière, de radiation, etc.). Cette physique est la même partout dans l'Univers. Donc, la taille de la "bulle" BAO au moment de la recombinaison était la même partout. C'est une longueur fixe, étirée ensuite par l'expansion, que l'on peut utiliser pour sonder la géométrie de l'espace-temps.
Est-ce la seule "règle standard" en cosmologie ?
Non, mais c'est l'une des plus robustes. L'autre méthode principale utilise les supernovae de type Ia comme "chandelles standards". Une chandelle standard a une luminosité intrinsèque connue, ce qui permet de calculer sa distance de luminosité. La combinaison des mesures de règles standards (BAO) et de chandelles standards (supernovae) est ce qui nous donne la vision la plus précise de notre Univers.
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. La taille de l'horizon sonore (rs) dépend principalement de...
2. Mesurer l'angle des BAO (\(\theta_{\text{BAO}}\)) à différents redshifts nous permet de...
- Oscillations Acoustiques des Baryons (BAO)
- Ondes sonores qui se sont propagées dans le plasma primordial de l'Univers, laissant une empreinte caractéristique (une "règle standard") dans la distribution de la matière.
- Horizon Sonore (\(r_s\))
- La distance maximale (comobile) qu'une onde sonore a pu parcourir depuis le Big Bang jusqu'à la recombinaison. C'est la taille de la règle standard BAO.
- Distance de Diamètre Angulaire (\(D_A\))
- Une distance cosmologique définie de telle sorte qu'un objet de taille physique \(L\) vu sous un angle \(\theta\) se trouve à une distance \(D_A = L/\theta\).
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