Gespräch mit Françoise Combes, CNRS 2020 Goldmedaille

Die sichtbare Materie, die die Grundlage für alles ist, was wir beobachten (von Objekten über Lebewesen bis hin zu Sternen), macht nur 5% des Universums aus. Die restlichen 95% bestehen einerseits aus sogenannter dunkler Materie, die aus heute unbekannten Teilchen besteht (25%), und andererseits aus dunkler Energie, wodurch eine abstoßende Kraft auf die Ursprung der Expansion des Universums (70%). Diese beiden letzten senden oder absorbieren kein Licht und sind daher unsichtbar.

Françoise Combes ist Astrophysikerin, studiert die Entstehung und Entwicklung von Galaxien und ist Spezialistin für diese berühmte Dunkle Materie und Energie. Für all ihre Arbeiten hat sie gerade die Goldmedaille CNRS 2020 erhalten, eine der höchsten wissenschaftlichen Auszeichnungen Frankreichs. Sie erklärte sich bereit, uns ihre Forschungsergebnisse vorzustellen.


Das Gespräch: Führen Sie uns in Ihre Disziplin Kosmologie ein.

Francoise Combes : Kosmologie ist das Studium des Universums als Ganzes. Wir versuchen zu verstehen, wie aus einem Raum, der nach dem Urknall mit einer homogenen Energie gefüllt war, alle Strukturen entstanden sind, die wir heute kennen: kosmische Filamente, Galaxien, Sterne und Planeten.

TC: Sie haben Ihre Karriere mit einem Interesse an Materie und Antimaterie begonnen.

FC : Während meiner Diplomarbeit Ende der 70er Jahre arbeitete ich an einem Modell, um zu verstehen, warum Materie in unserem Universum Vorrang vor Antimaterie hat, während wir glauben, dass der Urknall so viele von beiden hervorgebracht hat Formen. Für jedes Materieteilchen gibt es ein Antimaterieteilchen mit der gleichen Masse, aber der entgegengesetzten elektrischen Ladung.

Erstaunlich ist, dass sich diese beiden Teilchen gegenseitig vernichten, wenn sie sich treffen. Unmittelbar nach dem Urknall gab es jedoch nur genügend energetische Photonen, um insbesondere Protonen und Antiprotonen zu bilden. Da dieser Prozess symmetrisch ist, sollte er so viele Protonen wie Antiprotonen erzeugen, und letztere sollten vernichtet worden sein. Wir wären nicht hier, um darüber zu reden!

Eine der damaligen Theorien war, dass diese beiden Formen extrem weit entfernt waren und dass wir auf der einen Seite des Universums Galaxien der Materie und auf der anderen Seite Galaxien der Antimaterie haben könnten. Ich habe während meiner Diplomarbeit einige Modelle erstellt, um diese Theorie zu testen, und festgestellt, dass sie nicht zufriedenstellend war. Wir wissen heute, dass alles außer 1 Milliardstel Materie, die unser Universum ausmacht, vernichtet wird, aber das Phänomen am Ursprung ist immer noch nicht bekannt.

TC: Erzählen Sie uns von Ihren Studien zum interstellaren Medium.

FC : In den frühen 1980er Jahren wurden auch Moleküle im interstellaren Medium entdeckt. Vor diesem Datum war es sehr schwierig, sich das Vorhandensein von Molekülen vorzustellen, da das interstellare Medium extrem gestreut und diffus ist. Wir haben zuerst das Vorhandensein von Kohlenmonoxid erkannt, dann eine ganze Reihe anderer Moleküle: Alkohole, Zucker und sogar Aminosäuren (die Basis von Proteinen). Man kann sich sogar fragen, ob diese Moleküle nicht irgendwo Leben eingeflößt hätten.

TC: Sie sind auch Spezialist für Galaxiendynamik.

FC : Ich interessiere mich für die Dynamik von Galaxien. Um zu verstehen, wie diese Strukturen gebildet werden, müssen wir die Dunkle Materie betrachten. Sie wird durch ihre Schwerkraft die ersten Strukturen schaffen. Anschließend wird gewöhnliche Materie, hauptsächlich Wasserstoffatome, angezogen und fällt in diese schwarzen Galaxien: Galaxien, die zu Beginn nur aus dunkler Materie bestehen, werden dann mit Wasserstoffgas angereichert, das für kollabiert bilden Sterne, die Galaxien zum Leuchten bringen.

Sie können Galaxien zu verschiedenen Zeiten in ihrem Leben beobachten. In der Astrophysik sehen wir, sobald wir weit weg beobachten, die Vergangenheit der Galaxien, weil das Licht der Galaxien lange braucht, um unsere Teleskope zu erreichen. Wir können auch, indem wir so weit wie möglich schauen, in die Zeit des Urknalls zurückkehren.

Wir können unsere eigene Galaxie studieren: die Milchstraße und jene, die weiter entfernt und daher jünger sind. Wir können ihre Entfernungsgeschwindigkeiten und ihre Kinematik messen: die Art, wie sie sich selbst einschalten. Dies gibt uns Informationen darüber, wie sie gebildet wurden.

Dieses schillernde Infrarotbild vom Spitzer-Weltraumteleskop der NASA zeigt Hunderttausende von Sternen, die sich im wirbelnden Kern unserer Spiralgalaxie, der Milchstraße, befinden.
NASA

Nicht alle Galaxien haben die gleiche Form. Einige sind zu einer Scheibe abgeflacht, in der sich Spiralen entwickeln, während andere elliptisch sind und wie eine große Kartoffel aussehen. Letztere wurden durch die Fusion von Galaxien gebildet. Anfangs haben wir nur Gas, das sich durch Kollision auflöst, um zu glätten und Scheiben zu bilden. Galaxien treffen sich häufig, weil sie sich in Überdichten des Universums bilden. Sie sind von Anfang an nahe beieinander. Wenn sich zwei Galaxien treffen, verschmelzen sie zu einer größeren, kugelförmigen Galaxie.

TC: Erzähl uns mehr über dunkle Energie.

FC : Wir kennen dunkle Energie seit 20 Jahren. Tatsächlich mussten wir „erfinden“, um diese Kraft vorzuschlagen, um eine singuläre Beobachtung zu erklären: Die Expansion des Universums verlangsamt sich nicht. Es müsste sich jedoch verlangsamen, wenn es nur Materie im Universum gäbe: Materie übt eine Schwerkraft aus und zieht andere Objekte an. Allein unter dieser Kraft sollte die Expansion gebremst werden. Beobachtungen zeigen, dass dies nicht der Fall ist, was bedeutet, dass es eine abstoßende Kraft gibt, die als “dunkle Energie” bezeichnet wurde.

1998 konnten wir diese Kraft demonstrieren, indem wir eine Reihe von Supernovae-Ia beobachteten, eine Explosion, die in einem Doppelstern auftritt, wenn einer der Partnersterne ein weißer Zwerg ist (ein Stern in welcher Materie) ist sehr verdichtet), was plötzlich die Hülle seines Begleitsterns verschluckt. Wir haben daher eine große Menge Materie, die auf den kompakten Stern fällt, und eine Explosion, die Licht erzeugt. Indem wir die Spitze dieses Lichts messen, können wir die Entfernung erkennen, die uns von diesen Supernovae trennt. Berechnungen zeigten, dass diese Supernovae viel weiter entfernt waren als vom verlangsamten Expansionsmodell vorhergesagt. Zu diesem Zeitpunkt war die Schlussfolgerung klar: Die Expansion des Universums beschleunigte sich.

TC: Was bedeutet die CNRS-Goldmedaille für Sie?

FC : Es ist eine großartige Weihe, die alle Astrophysik widerspiegelt. Es ist fast 40 Jahre her, seit es einen preisgekrönten Astronomen gab (Evry Schatzman, 1983). Es wird eine große Verantwortung für mich sein, diese Wissenschaft zu verteidigen, ihr Botschafter bei der Verbreitung und Verbreitung dieser Forschung zu werden. Ich werde daher meine Kurse am Collège de France fortsetzen, aber auch mit „Gegenwart! »Zu Einladungen an die breite Öffentlichkeit wie Wissenschaftscafés.

Ich möchte auch meine Leidenschaft teilen und mehr jungen Frauen den Wunsch nach Forschung geben. Ich bin erst die sechste weibliche Gewinnerin dieser Auszeichnung seit 1954. Frauen müssen mit diesen Modellen ermutigt werden. Zeigen Sie, dass dies für alle möglich ist.

Zu Beginn meiner Karriere waren in Frankreich, aber auch in Italien und Spanien einige von uns in Astrophysiklabors: rund 30%, während in angelsächsischen Ländern Frauen in der Minderheit waren, etwa 2 oder 3%.

Was bedauerlich ist, ist, dass es heute schwieriger ist, eine feste Stelle zu finden, und aus meiner Sicht Frauen davon abhält, eine Familie zu gründen. Mehr als Männer. Wir sehen daher leider einen Rückgang des Frauenanteils.

TC: Was werden Ihre nächsten Forschungsthemen sein?

FC : Viele Themen interessieren mich, aber ich versuche mich trotz dieses faszinierenden Aspekts nicht zu sehr zu zerstreuen. Ich arbeite mit meinem Team an den nächsten großen Teleskopen. Ich kann insbesondere Euklid erwähnen, einen Satelliten, der 2022 von der Europäischen Weltraumorganisation gestartet wird.

Es wird ein Weltraumteleskop sein, ein bisschen wie Hubble, aber mit einem viel größeren Feld, das den gesamten Himmel abbilden wird, werden 12 Milliarden Galaxien identifiziert! Das Ziel wird daher auch sein, Energie und dunkle Materie besser zu charakterisieren und zu verstehen, wie sich die Expansion des Universums in Abhängigkeit von der Zeit mit welcher Geschwindigkeit beschleunigt hat. Der Satz von SKA-Teleskopen (Square Kilometer Array), die in Kürze in Australien und Südafrika installiert werden, wird das Problem ebenfalls lösen. Es ist ein riesiges Forschungsfeld.

Wir entwickeln daher Werkzeuge für künstliche Intelligenz, um diese Menge astronomischer Daten zu analysieren.

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