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3125,58 euros pour un astronome et physicien, professeur des universités.Comment étudier l'astrophysique ?
Pour faire une carrière d'astrophysicien, vous devez viser un doctorat (bac + 8). Après un bac général scientifique S ou un bac technologique STI2D ou STL (avec un bon niveau en sciences), vous débutez un cursus scientifique à l'université en préparant tout abord une licence de physique.Quelle est la différence entre astronomie et astrophysique ?
Un astrophysicien s'intéresse à la physique des astres, leur origine, leur composition, leur évolution, souvent d'une manière plus théorique. Un astronome est plus porté vers un métier d'observation, peut-être plus vers les aspects de mécanique céleste, de dynamique.- Aujourd'hui, l'astrophysique comporte de multiples branches faisant intervenir la physique atomique et moléculaire, la physique nucléaire, la physique des particules, la théorie de la relativité généralerelativité générale, la physique des plasmasplasmas avec la MHD et bien sûr la physique quantiquephysique quantique,
![[PDF] introduction à lastrophysique: aspects observationnels](https://pdfprof.com/Listes/17/48263-17l3astro_magistere_2012_1ercours_intro_hdole.ppt6pageslight.pdf.pdf.jpg "[PDF] introduction à lastrophysique: aspects observationnels")
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!1!1! Hervé Dole !
Institut d'Astrophysique Spatiale, Orsay!Université Paris-Sud 11 et CNRS!Institut Universitaire de France!http://www.ias.u-psud.fr/dole/l3.php!
deux questions et des définitions 1.! contexte: résumé de l'histoire de l'Univers 2.! échelles dans l'Univers 3.! rayonnement 4.!20 ans de progrès en astrophysique 5.!les grandes questions, résumé, conclusion 6. !
introduction!à l'astrophysique:!aspects observationnels!1. deux questions!
!!1.1 pourquoi la nuit est-elle noire ?! !!1.2 l'astrophysique est-elle une science ?! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!2!1.1 nuit noire ? paradoxe d'Olbers!
!!paradoxe d'Olbers! !!le ciel devrait être très brillant compte-tenu du nombre incroyablement grand d'étoiles dans l'Univers! !!faisons le calcul ensemble dans le cas le plus simple! !!un Univers homogène statique!!!rempli uniquement d'étoiles ! !!densité volumique n!!!identiques de luminosité L Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!3!1.1 nuit noire ? paradoxe d'Olbers!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!4! pourquoi la nuit est-elle noire ?! !!Digges (16è), Chéseaux (17è), Halley (18è), Olbers (19è) !!!Herschel, Kant, Proctor, Fournier d'Albe, Charlier!!!Poe (19è), Kelvin (19è)!!!Wesson (1987, 1991)!!!finitude vitesse lumière c!!!âge fini des objets horizon cosmologique oui!!!expansion Univers!!!!!existence d'émissions reliques!
!!recombinaison: fond cosmologique!!!formation et évolution des galaxies: fond extragalactique bof!
!!expansion, et prise en compte de tout le spectre e. m.! Jan-2012!5!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!1.2 science ?!
!!l'astrophysique est-elle une science ?! !!la méthode expérimentale exige reproductibilité des expériences. Or nous n'avons qu'un seul univers...! !!l'astrophysique est une science d'observation, comme une science naturelle.! !!L'astrophysique est aussi une science abstraite: basée sur des principes physiques fondamentaux, elle essaie de reconstituer l'histoire de l'univers.! !!fondée sur des principes et confrontée aux observations, l'astrophysique est bien une science.! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!6!1.3 astrophysique!
une définition de l'astrophysique! !!étude physique des objets célestes, de leurs propriétés, structure et évolution! !!science pluridisciplinaire!!!objets célestes incluent par exemple:!!!l'Univers dans son ensemble -> cosmologie!!!les types de galaxies -> extragalactique!!!les (exo-)planètes -> sciences planétaires!!!la chimie du milieu interstellaire -> astrochimie!!!les processus chimiques prébiotiques -> astrochimie!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!7!1.3 astrophysique: postulats!
!!l'Univers est intelligible! !!malgré le fait qu'il soit constitué de la somme de ses constituants, peu ou pas compris individuellement! !!les lois de la physique! !!sont valables partout et tout le temps! !!Principe cosmologique! !!l'univers est homogène+isotrope a une certaine échelle (grande)! !!aucun lieu n'est privilégié dans le cosmos! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!8! physique universelle: exemple!F. Noel - AAV 2010!
Ludwig+09!Larson+10!
WMAP! Jan-2012!9!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!1.3 astrophysique!
!!méthodologies! !!observation!!!et intreprétation à l'aide de modèles!!!aspects technologiques et techniques, e.g. instruments dans
l'espace! !!théorie!!!simulation! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!10!Ordres de Grandeurs à Savoir!
!!Temps! !!1 an ~3 x10 7s!!!"âge" de l'Univers ~ 13.7 Gans!!!âge du système Solaire ~ 4.5 Gans!!!Distances!!!Unités: a-l, et surtout parsec (pc, kpc, Mpc)!!!1 a-l ~ 10
16 m!!!1 pc = 3.26 a-l!!!1 Mpc ~ 3x10 22m!!!Taille d'une galaxie ~ 30 à 100 kpc!!!Taille d'un amas de galaxies ~ 1 à 3 Mpc!!!Masse!!!Soleil: 10
30kg!!!Energie! !!1eV ~ 10000K! !!Densité de matière baryonique dans l'univers!!!~ 0.25 proton (ou atome d'Hydrogène) par m 3 (densité critique ~5 m -3 Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!11!
2. contexte: résumé de l'histoire!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!12! history of the universe! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!13!Hu & White, 2004!
une évolution de l'Univers! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!14!NASA Origins Web Site!
Big Bang,!Univers!Primordial!
Formation Stellaire, Cycle de la Matière, Molécules Organiques!Système Proto-Planétaires!Planètes et Astéroides!Chimie Complexe,!Vie!
Formation & Evolution des Structures et des Galaxies!3. Les Echelles dans l'Univers!
!!Système Solaire! !!80 au!!!qques heures lumière! !!Notre Galaxie! !!Prox Cen: 4.6 a-l!!!Centre de la Galaxie:30 000 a-l!
!!Groupe Local! !!diamètre Galaxie: 100 000 a-l!!!Andromède: 2 millions a-l! !!Grandes Structures!!!Virgo: 17 Mpc Coma: 110 Mpc, z=0.05!!!Amas z ~ 1!!!Galaxies, quasars: z ~ 6!!!Fond diffus cosmologique z~1000!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!15! 1/6! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!16!Gott et al, 2005, ApJ, a-ph/0310571
Voisinage terrestre
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!17!Gott et al, 2005, ApJ, a-ph/0310571
2/6Système Solaire
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!18! 3/6Gott et al, 2005, ApJ, a-ph/0310571
Au delà du Système Solaire
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!19!Gott et al, 2005, ApJ, a-ph/0310571
4/6Notre Galaxie
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!20!Gott et al, 2005, ApJ, a-ph/0310571
5/6Groupe Local
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!21!Gott et al, 2005, ApJ, a-ph/0310571
6/6Grandes échelles
échelles: masse, dimension, contraste d!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!22!Yannick Mellier, IAP, 2002!
Mass in Solar masses!Density contrast d!/!"
4. rayonnements!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!23! longueurs d'onde & fréquences! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!24! rayonnements de l'univers! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!25! Dole et al., 2006 ; Dole 2010 HDR Dole & Béthermin in prep longueurs d'onde! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!26!H Dole
Visible, Bleu Visible, Rouge Infrarouge proche, l>1 mm Visible, niveaux de grisNGC 1512 à plusieurs Longueurs d'onde!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!27!HST NASA/ESA
Ultraviolet Near Infrared
Jan-2012 Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique 28 le ciel dans le visible! Galaxie!d'Andromède!Nuages de!Magellan!Orion!Centre Galactique!Sagittaire!Axel Mellinger!
Jan-2012 Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique 29IRAS 100um IRIS!
le ciel en infrarouge! Jan-2012 Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique 30 le ciel en micro-ondes [mm]! Jan-2012 Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique 3121 cm Leiden/Parkes!
le ciel en ondes radio! Jan-2012 Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique 32ROSAT!
le ciel en rayons X! Jan-2012 Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique 33 le ciel en rayons gamma!FERMI LAT!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!34!M81 NOAO
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!35!M81 IRAC 3.6
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!36!M81 IRAC 8.0
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!37!M81 MIPS 24
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!38! M81 IRAC 3.6 IRAC 8.0 MIPS 24 Spitzer Space Telescope Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!39!M81 NOAO
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!40! All images at 160µm resolution (40"). 15'x23'.Gordon et al., 2004, ApJS, in press
la lumière! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!41!Journal du CNRS!
longueurs d'onde! !! Spectre éléctromagnétique! !!Classé par énergie décroissante = longueur d'onde croissante:! !!Rayons gammas, X !!!Ultraviolet [0.01-0.4 µm]!!!Visible [0.4-0.8 µm]!!!Infrarouge! !!proche [0.8-5µm], moyen,[5-30µm], lointain [30-200µm]! !!Radio! !!Submillimétrique [0.2mm-1mm]!!!Millimétrique [1-10mm]!!!Centimétrique [1-10cm]!!!Etc..! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!42! longueurs d'onde! !! Information! !!Les photons émis tracent les conditions physiques du milieu qui leur a donné naissance! !!Exemples!!!Milieu très chaud: beaucoup d'énergie: photons énergétiques!!!Milieu froid: peu d'énergie: photons à grande longueur d'onde!
!!Intérêt!!!Il faut observer à plusieurs longueurs d'ondes !!!!Les photons permettent donc de sonder la nature du milieu
physique! !!Par exemple, détermination de la température! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!43!Emission vs Temperature!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!44!Emission du Corps Noir!
Hervé Dole !
5: 1990-2010!vingt ans de progrès!d'observation de la lumière en astrophysique !
Montage: CMB, LSS, galaxies: SPACE!
Jan-2012!45!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! la lumière! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!46! (c) Martin Pugh - APOD 2010 Jan 9! visible! la lumière! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!47! ultraviolet!GALEX / NASA!
la lumière! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!48! infrarouge!WISE / NASA!
illustration des progrès: 2 exemples! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!49!Axel Mellinger!
1. le ciel radio en 1992 ...!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!50!COBE / DMR / NASA!
... et en 2010! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!51! ... et en 2010! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!52!2. amas de galaxies en 1985...!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!53!CFHT 1985 - Soucail et al., 1987!
en 1985!télescope!CFHT!Hawai'i! amas de galaxies en 1990...! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!54!CFHT 1990!
en 1990!télescope!CFHT!Hawai'i! ... amas de galaxies en 2009! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!55!CFHT 1990!
en 2009!télescope!Hubble! pourquoi ces progrès ?! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!56!Necessité scientifique d'observer des astres !•! à toutes les fréquences de la lumière!•! peu lumineux!•! lointains!•! ""petits"» en taille angulaire!Ces observ ations sont confrontées aux théories physiques, modèles et simulations numériques pour permettre de comprendre la formation et l'évolution de notre Univers et de ses constituants.!Observation et théorie sont nécessaires. !
pourquoi ces progrès ?! !!cette necessité scientifique est le moteur de l'évolution technologique en astrophysique! !!demande sociétale et/ou politique, économique ougéostratégique de poursuivre des développements technologiques, dont l'astrophysique est le moteur ou le bénéficiaire !
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!57! pourquoi ces progrès ?! !!cette necessité scientifique est le moteur de l'évolution technologique en astrophysique! !!demande sociétale et/ou politique, économique ougéostratégique de poursuivre des développements technologiques, dont l'astrophysique est le moteur ou le bénéficiaire !
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!58! satellite Planck!ESA! ~15 ans!~1 milliard d'Euro!dont 600 ME pour la France! satellite Spitzer!NASA! ~20 ans!~1.3 milliards $!Ballon Archeops!CNES!
~5 ans! ~5 millions d'Euro!4+2 télescopes VLT!ESO!
~10 ans! ~500 millions d'Euro!comparaisons perfides:!- coût baisse TVA restauration: 2.5 milliards en 1 an!-! coût bouclier fiscal 2008+2009: 1.2 milliards en 2 ans!-! coût d'un rafale: 140 millions (Planck=1/2 rafale/an)!
au menu! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!59! télescopes au sol!télescopes dans l'espace! exoplanètes!rayonnement cosmologique!galaxies! détecteurs! expansion de l'Univers!trou noir!matière noire! télescopes au sol! Jan-2012!60!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! ""petits"» télescopes: <4m! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!61!NTT, ESO, Chili, 3.60m!CFHT, Hawai'i 3.60m!
""grands"» télescopes: >8m! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!62!Keck: 10m!VLT: 8m!
avènement des grands télescopes dans les années 1990! les plus grands télescopes! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!63!GBT: 100m!Nobeyama: 45m!
les réseaux de télescopes! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!64!Plateau de Bure, France - IRAM!Very Large Array, NM - NRAO!Années 1980!et ALMA qui arrive!Australia Telescope Compact Array, NSW - ATNF CSIRO!
grands télescopes optiques! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!65!Very Large Telescope, Chili - ESO!la clef: télescope géant + instrumentation performante!(caméra ou spectographe multi-objets)!
ESO! télescopes dans l'espace! Jan-2012!66!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! télescopes dans l'espace: petits !! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!67!Spitzer: 85 cm lancé en 2003!ISO: 60 cm lancé en 1995!Planck: 1.80m - Herschel: 3.5m lancés en 2009!
télescopes dans l'espace: petits !! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!68! Hubble: 2.40m lancé en 1990!bientôt: JWST avec 6.5m!15 à 20 ans de projet...!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!69!ESA / Planck!
opérations quotidiennes Planck à Orsay! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!70! Planck HFI - Instrument Operation Room - Institut d'Astrophysique Spatiale! (c) H. Dole! premières images publiques de Planck! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!71!Planck First Light Survey - Septembre 2009!
ESA / Planck HFI and LFI consortia!
premières images publiques de Planck! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!72! Planck HFI!Février 2010!50x50!Sq. Deg.!rho Oph!Aquila rift!plan!nuage moléculaire froid!ESA / Planck HFI and LFI consortia!
premières images publiques de Planck! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!73!Planck HFI - Mars 2010 - Orion!
ESA / Planck HFI and LFI consortia!
détecteurs! Jan-2012!74!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! taille des détecteurs! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!75! ACS - Ball - NASA!MegaCam!340 millions pixels!CEA! types de détecteurs! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!76!ESA / Planck HFI and LFI consortia!
planck HFI!refroidi à 0.1 K!IAS, CNES, et HFI consortium!MIPS 70um!Spitzer!1000 pixels!NASA! (H. Dole)!PACS!Herschel!CEA!
gain en résolution angulaire! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!77!même région du ciel observée par 3 télescopes de génération différente!-!IRAS en 1984!-! ISO en 1997!-! Spitzer en 2004!
résolution du fond infrarouge en galaxies! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!78! Spitzer MIPS 160um!FIDEL!2005!Herschel PACS 160um!PEP!2010! gain en résolution: détecteurs + télescope! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!79! résultats scientifiques! Jan-2012!80!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! au menu! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!81! télescopes au sol!télescopes dans l'espace! exoplanètes!rayonnement cosmologique!galaxies! détecteurs! expansion de l'Univers!trou noir!matière noire! exoplanètes! Jan-2012!82!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!473 exoplanètes depuis 1995!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!83!Perryman Feb 2010!
473 exoplanètes depuis 1995!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!84! !!du Jupiter chaud! !!au petit Saturne!!!à la super Terre! trou noir! Jan-2012!85!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! trou noir au centre de notre Galaxie! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!86!16 ans de données NTT et VLT - ESO -MPG!
galaxies! Jan-2012!87!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! voir loin c'est voir il y a longtemps! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!88! quelques galaxies lointaines! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!89!HST NASA & Illingworth!
la lumière se décale vers le rouge! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!90!Fan, 2006, ARAA!
rayonnement cosmologique! Jan-2012!91!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique! petite histoire de l'Univers! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!92!Hu & White, 2004!
le rayonnement de corps noir! Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!93! corps noir!T=2.725 K!L'Univers est rempli de rayonnement: la nuit n'est pas noire, mais brillante en radio.!Prix Nobel 2006: John Mather, GSFC!(mesures de 1989)!
Jan-2012!Hervé Dole, IAS - L3 magistère de physque fondamentale - astrophysique!94! fluctuations de température!WMAP Web Site!
Prix Nobel 2006: George Smoot, Berkeley!(mesures de 1992)!l'amplitude des fluctuations est de l'ordre de la dizaine de microKelvin ! !
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