2019-2020 / SPAT0010-1

Theoretical physical cosmology

Durée

40h Th

Nombre de crédits

 Master en sciences spatiales, à finalité4 crédits 

Enseignant

Christian Barbier, Michel Tytgat

Coordinateur(s)

Christian Barbier

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Le cours fournira une introduction aux divers aspects théoriques de la cosmologie moderne. Nous espérons de la sorte convaincre l'étudiant que la méthode scientifique permet d'aborder les questions relatives à la naissance et à l'évolution de l'Univers peuvent être abordées avec une relative assurance. Le Cours comportera trois parties, la première consacrée au modèle cosmologique standard, la deuxième à l'Univers primordial, et la troisième à des questions d'actualité.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Le Cours comportera trois parties, la première consacrée au modèle cosmologique standard (avec énergie noire), la deuxième aux développements relatifs à l'Univers primordial, et la troisième à des questions d'actualité.

Partie 1 : le modèle cosmologique standard (C. Barbier) Bref rappel de Relativité Générale : métrique spatio-temporelle et champ de gravitation, équations du mouvement (géodésiques), équations du champ. Principales données observationnelles : décalage vers le rouge du spectre des galaxies, fond cosmologique de rayonnement, abondances des éléments,matière et rayonnement dans l'Univers actuel. Le problème cosmologique. Nécessité d'hypothèses simplificatrices : homogénéité et isotropie spatiales, dérivation intuitive de la métrique de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, cinématique cosmologique. Dynamique cosmologique : équations du champ, équations d'état, quelques solutions (avec et sans constante cosmologique). Notions sur les tests cosmologiques : distances, relation m-z (diagramme de Hubble-Sandage) et résultats actuels (univers en expansion accélérée, énergie sombre) Le modèle standard : notions sur les particules élémentaires et leurs interactions, ères cosmologiques, découplages, nucléosynthèse cosmologique.

Partie 2 : Univers primordial (C. Barbier)L'étude des premiers instants de l'univers nécessite de mettre en jeu les lois (connues ou à formuler) des interactions fondamentales. Dans ce chapitre de cosmologie théorique, nous commencerons par passer en revue quelques problèmes du Modèle Cosmologique Standard à la lueur des données cosmologiques récentes (géométrie & horizon, baryons et matière noire, expansion accélérée). Nous montrerons ensuite comment les interactions fondamentales peuvent fournir des solutions plausibles à ces problèmes ( baryogénèse, matière noire & inflation). Nous aborderons également l'apport des observations des anisotropies du fond de rayonnement cosmologique.
Partie 3 : questions d'actualité (M. Tytgat)

Savoirs et compétences prérequis

Bagage standard d'un étudiant physicien de dernière année, incluant la Relativité générale, la thermodynamique, la physique statistique. Les notions plus spécifiques sont abordées lorsque la nécessité s'en fait sentir, en évitant les complications mathématiques qui relèveraient d'un cours de 3ème cycle.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

La cosmologie faisant appel à des domaines variés, le cours s'efforcera de développer chez les étudiants l'approche multidisciplinaire d'une discipline scientifique.

Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance)

Le Cours sera donné à raison d'une séance de 2 heures par semaine, selon le calendrier accessible aux étudiants. Les deux premières parties seront données par C. Barbier, la troisième par M. Tytgat.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

1) Copie des transparents de cours. Ces transparents sont mis à jour d'une année à l'autre, une version électronique sera disponible via le portail des étudiants. 2) Ces présentations sont auto-suffisantes, néanmoins les références des ouvrages utilisés pour la préparation du cours seront fournies, sans aucune obligation de consultation.

Modalités d'évaluation et critères

Examen oral comportant deux questions préparées à notes ouvertes puis exposées par l'étudiant pour discussion.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Néant

Contacts

cbarbier@uliege.be mtytgat@ulb.ac.be

Adaptation des engagements pédagogiques suite à la pandémie de COVID-19 pour la session de mai-juin

Méthodes d'apprentissage mises en œuvre : enseignement à distance

Matière de l'évaluation

Méthodes d'évaluation

Examen oral via LifeSize

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