La nucl

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La nucléosynthèse primordiale
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Survol

• Lunivers se refroidit
• Quand le rayonnement domine T(t) 1 MeV / vt
• Les énergies de liaison des noyaux sont de
  lordre du MeV
• Donc aucun noyau ne peut survivre au cours de la
  première seconde il ne peut y avoir que des
  protons et des neutrons à lorigine

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Survol

• Les neutrons sont de 1 MeV plus lourds que les
  protons ils sont donc plus rares.
• Quand la nucléosynthèse commence, il y a environ
  un neutron pour sept protons
• Presque tous les neutrons finissent dans
  lhélium 4 gt 25 dhélium (en masse)

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Au commencement

• Univers très largement dominé par le rayonnement
• Equilibre thermique entre photons, neutrinos,
  électrons et nucléons
• Assuré par des réactions électro-magnétiques et
  des réactions faibles comme la conversion
  neutron-proton

• Puis les neutrinos cessent pratiquement
  dinteragir
• Plus de conversions neutron-proton
• Equilibre proton-neutron  gelé  à T  0.72 MeV

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Equilibre proton-neutron

• A léquilibre, la densité est
• Np expmp/T
• Nn expmn/T
• Différence de masse
• mn mp 1.3 MeV

• Taux de réaction T5
• Expansion H T2
• Gel pour T 0.72 MeV

Gel
Désintégration
Stabilisation dans les noyaux
Nn/Np exp1.3/0.72 1/6
Equilibre
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Réactions de fusion

• Fusion du deutérium

• Vers lhélium 4 via le tritium

ou via lhélium 3
Plus il y a de protons et de neutrons, plus ces
réactions sont fréquentes
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Evolution des noyaux

• A retenir
• Essentiellement de lhydrogène (protons)
• 25 dhélium 4
• (en masse)
• Traces de D, 3He, 7Li, rien de plus lourd
• Tout est fini en 5 mn

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Le réseau nucléaire
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Comparaison avec les observations

• Accord global entre

les prédictions théoriques
et les observations
pour un intervalle réduit de la densité de
baryons WB
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Lhélium 4 est-il primordial ?

• Azote oxygène

• Hélium oxygène

Extrapolation à zéro des 2 à la fois Azote et
oxygène proviennent de la nucléosynthèse stellaire
Extrapolation à zéro Y 0.238 0.002 0.005
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Le deutérium lidéal

• Raie dabsorption dans le spectre Lyman a des
  quasars
• Vaste sujet
• Résultats divergents

• Pas de source astrophysique, et destruction
  facile
• Décroissance rapide de D/H quand la densité de
  baryons augmente indicateur très sensible

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La  forêt  Lyman - alpha

• La raie Lyman a correspond à la transition entre
  les niveaux 0 et 1 de lhydrogène l 122 nm
• La lumière dun quasar lointain est absorbée par
  des galaxies, des amas ou des nuages dhydrogène
  diffus, à des z plus petits

• La position de la raie dabsorption indique le z
  du nuage et sa profondeur la quantité dhydrogène
• Le deutérium présente exactement les mêmes raies
  mais décalées de 82 km/s

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Le deutérium pas si simple!

• On examine maintenant chaque raie (Lyman a, b, g,
  d, 5, 6...)

• et on cherche une petite raie qui doit se
  trouver 82 km/s à gauche de la raie bien plus
  intense de lhydrogène
• La comparaison des profondeurs donne le rapport
  D/H
• Difficultés
• Quand il y a assez de D pour le détecter, il y a
  alors tellement de H que ses raies sont souvent
  saturées. Le rapport D/H est alors imprécis
• Les nuages ont souvent des sous-structures de
  vitesses différentes, et une raie de lhydrogène
  masque facilement une raie du deutérium
• Il faut une résolution exceptionnelle du
  spectrographe et donc un très gros télescope le
  Keck de 10 m

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Avant WMAP

• La densité de baryons est fixée à partir dune
  abondance, et on en déduit les autres. Ou on
  tente un ajustement global.
• Remarquable cohérence du modèle au premier ordre
  accord sur 9 ordres de grandeur
• Souci avec le deutérium ?
• Fenêtre commune
• 0.0095 lt WB h2 lt 0.023

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Après WMAP

• La densité de baryons est maintenant fixée par la
  hauteur relative des 2 premiers pics acoustiques
  du CMB
• Wh2WMAP 0.025
• Cela permet de prédire toutes les abondances des
  éléments légers
• Très bon accord avec le deutérium
• Mais soucis avec lhélium et le lithium
• WMAP
• Prédit Y 0.2484 0.0005
• Observé Y 0.238 0.005
• Prédit Li/H (3.76 1.0)x1010
• Observé Li/H (1.23 0.3)x1010

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Un monde bien conçu

• Coïncidences numériques heureuses
• Différence de masse neutron-proton 1.293 MeV
• Gel du rapport neutron/proton 0.72 MeV
• Annihilation électron-positron 1.022 MeV
• Energie de liaison du deutérium 2.23 MeV
• Autre facteur heureux (pour nous)
• Nucléosynthèse entre 100 s et 200 s
• Durée de vie du neutron t 885.7 0.8 s
• gt il peut exister dautres noyaux que lhydrogène

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Merci de votre attention
Et de votre patience !