comoving distance ?

Bonjour,

Sur un site d'actualité informatique, j'ai une discussion tendue sur la taille de l'univers. Wikipedia à l'appui, il soutient mordicus que la taille de l'univers est de 100G a.l. La base de cette affirmation est la "comoving distance" qui permet d'extrapoler cette taille.

Peut-on m'expliquer ce concept que j'ai du mal à comprendre, surtout quand les dernières données publiées parlent d'un univers à 13,8G a.l. ?

MErci d'avance

Hello, je ne connaissais pas le terme comoving. Mais ce que j'ai compris c'est que : on peut observer la lumières d'objets très très loin. Hors le temps que la lumière nous parvienne les objets se sont éloignés du fait de l'expansion de l'univers. Donc en calculant la distance qui nous séparait de l'objet lorsqu'il a émis la lumière que nous recevons en ce moment et en y ajoutant l'expansion de l'univers qui a eu lieu pendant la durée du voyage de cette lumière : on extrapole une taille théorique minimale de l'univers observable.

Sans doute qu'il fait allusion à l'expansion de l'univers : http://sciencepost.fr/2017/04/taille-de-lunivers/

L’âge de l’univers étant de 13,8 milliards d’années environ, on serait donc tentés de penser que sa taille observable serait donc de 13,8 milliards d’années puisqu’aucune particule de lumière n’a pu voyager plus longtemps que l’âge de l’Univers. Ce n’est pas si simple, puisqu’à cause du phénomène d’expansion de l’Univers, le lieu d’origine de ces particules de lumière s’est éloigné de nous en même temps que ces dernières se propageaient dans notre direction. D’après les calculs, ses confins se situeraient en fait aujourd’hui à 45,6 milliards d’années-lumière, faisant de l’Univers observable une sorte de sphère centrée sur la Terre de 45,6 milliards d’années-lumière de rayon (soit 450 000 milliards de milliards de kilomètres).

Il multipilie x2 le rayon ce qui donne en gros les 100 Mds al qu'il avance.

Pour "comoving", c'est la distance comobile qu'il fait entrer en jeu : http://atunivers.free.fr/universe/redshift.html

D'accord, mais alors au final, la taille de l'univers observable est : ???

Il ne s'agit pas de la dimension de l'univers mais de son l’horizon cosmologique la distance au-delà de laquelle c’est le blackout pour nous car la lumière de ces objets situés avant cette distance non pas eu le temps d’arriver jusqu’à nous et ce en tenant compte du rythme de l’expansion de l’univers qui ajoute de la distance au parcours de la lumière et de son âge actuel 14 milliard AL. Cet horizon est évalué à 41 à 45 milliard AL.

Pour comprendre comment ça marche il faut relire le problème de la fourmi qui avance à une vitesse constante sur un ruban qui lui s'étire linéairement mais à une vitesse 2 fois pus élevée. On démontre que la fourmi finit toujours par arriver au bout du ruban mais en un temps très long.

La comoving distance c'est une distance de référence entre 2 objets de l'univers qui ne tiens pas compte de l'expansion de l'univers. Cela sert à comparer les distances entre les objets à différents moment dans le temps un peu comme pour comparer les prix actuels avec les prix en 1980 où il y avait de l'inflation.

Ce qui me gène là, c'est qu'il faudrait que l'expansion de l'univers (allongement de l'élastique) aille plus vite que la vitesse de la lumière (la fourmis).

Sinon comment expliquer la nature du fond diffus cosmologique ? Comment expliquer l'apparence primitive des plus lointaines galaxies détectées ?

Si l'expansion de la l'univers était plus rapide que la vitesse de la lumière, alors cette lumière ne nous atteindrais jamais. (Edit: je viens de relire, je vais regarder cette histoire de fourmi que je ne connais pas. Après à mon avis il y a un problème de définition de la vitesse de l'expansion de l'univers, pour nous amateurs, pas pour les pro. Cette vitesse est probablement dépendante du bout d'univers que l'on considère: plus l'univers considère est grand plus l'expansion de l'univers est grande)

Ce qui est très très loins parait "jeune" ou "primitif" cest logique puisque la vitesse de la lumière est fini. C'est quoi la nature du fond diffus cosmologique ?

C'est quoi la nature du fond diffus cosmologique ?

une onde électromagnétique de type lumière (ou X, gamma...) tellement étirée quelle en devient une micro-onde. Ou alors je n'ai jamais rien compris !

Ce "comoving" me déroute car il bat en breche tout ce que je pensais comprendre de l'univers, son expansion, etc. Et là, je tombe sur ce truc qui bouleverse tout... Alors je doute, je questionne, mais ne comprends toujours pas comment l'univers peut être vieux de 13,8G a. et avoir un "horizon" de 41 à 45 G a.l.

Voilà.

Je pense que ce que l'on a voulu te raconter c'est qu'effectivement dans une direction la taille de l'univers observable est en arrondissant 50 GAL et dans l'autre pareil donc du point de vue de l'observateur la "taille" de l'univers observable est 100 GAL un nombre plus facile à retenir, quant à la taille réelle de l'univers personne n'en sait rien.

Je récapitule :

1) L'expansion de l'univers ne se fait pas à une certaine vitesse, mais à un certain taux (*). L'expression « l'univers s'étend plus vite que la lumière » n'a aucun sens car la vitesse ne s'applique pas à l'expansion. C'est parce que la vitesse d'éloignement de deux objets de l'univers (par exemple deux galaxies) dépend de leur distance. On peut donc parler de vitesse entre deux galaxies, mais pas de vitesse d'expansion de l'univers.

2) L'univers est certainement beaucoup plus grand que l'univers observable (s'il était "petit", il ne serait pas presque plat) et il est tout à fait possible qu'il soit de taille infinie.

3) Mais l'univers observable est, par définition, l'intérieur d'une sphère de 13,6 Gal de rayon (13,6 milliards d'années-lumière ─ si l'âge de l'univers est de 13,6 Ga). À noter que l'univers observable est constitué d'espace et de matière située intégralement dans le passé, à part nous.

4) L'univers observable, celui qu'on peut observer mais qui est situé dans le passé, s'est étendu à cause de l'expansion. Sa situation présente n'est pas observable, mais on peut estimer sa taille (ça dépend des modèles d'univers) et il me semble que c'est de l'ordre de 40 Gal de rayon, donc 80 Gal d'un bout à l'autre. Pas03410 dit 45 et apparemment certains disent 50. Je trouve que ces chiffres n'ont aucun intérêt puisque cet objet n'est pas observable.

5) La distance entre une galaxie lointaine et nous est une distance spatio-temporelle : c'est la distance entre deux points distincts dans l'espace et distincts dans le temps (la galaxie lointaine est vue dans le passé). Cette distance est définie par le temps qu'a mis la lumière pour faire le trajet. Mais il y a une autre façon de définir une distance entre deux galaxies : la distance comobile, qui est la distance entre la galaxie au présent (qui est inobservable ─ et puis ça se trouve cette galaxie n'existe plus) et nous au présent. C'est une distance entre deux points distincts dans l'espace mais pris au même instant. La taille de l'objet 4) (l'univers observable tel qu'il est situé dans le présent) se calcule à partir des distances comobiles (on anticipe en effet l'expansion).

Donc il est tout à fait vrai de dire que l'univers observable fait 13,6 Gal de rayon, ou de dire qu'il fait de l'ordre de 100 Gal d'un bout à l'autre, à condition de préciser de quelle type de distance on parle. Et je rappelle qu'il s'agit de l'univers observable, pas de l'univers tout court.

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(*) J'avais calculé ça un jour, je crois que l'expansion est actuellement de 7 % par milliard d'années. Autrement dit, deux objets suffisamment distants pour que leur éloignement soit dû essentiellement à l'expansion verront leur distance augmenter de 7 % dans un milliard d'année. La loi de Hubble nous dit que l'augmentation de distance est proportionnelle à la distance, donc elle se fait bien à un certain taux qui est le même pour tous les objets de l'univers, donc qui peut s'appliquer à l'univers.

Comme d'habitude quand le site est très lent, il crée des doublons... J'en profite pour dire que je ne vois pas l'intérêt de s'intéresser à ce qu'est devenu, au présent, l'univers observable, étant donné qu'on ne peut pas l'observer (son état au présent). De toute façon je pense qu'il faut toujours raisonner en terme d'espace-temps.

Merci à tous, merci 'Bruno d'avoir pris autant de temps à expliquer cette subtilité de l'espace.

Je crois qu'au final j'ai compris le principe, il va sans doute me falloir un peu de temps pour intégrer cela dans mon concept de l'espace-temps mais ça va viendre, ça va viendre...

Donc il est tout à fait vrai de dire que l'univers observable fait 13' date='6 Gal de rayon, ou de dire qu'il fait de l'ordre de 100 Gal d'un bout à l'autre, à condition de préciser de quelle type de distance on parle. Et je rappelle qu'il s'agit de l'univers observable, pas de l'univers tout court.[/quote']Pour le dire en langage courant, si on arête l'expansion, et qu'on mesure la distance entre nous et la dite galaxie, et bien c'est ça la distance comobile ?

1) L'expansion de l'univers ne se fait pas à une certaine vitesse' date=' mais à un certain taux (*). L'expression « l'univers s'étend plus vite que la lumière » n'a aucun sens car la vitesse ne s'applique pas à l'expansion. C'est parce que la vitesse d'éloignement de deux objets de l'univers (par exemple deux galaxies) dépend de leur distance. On peut donc parler de vitesse entre deux galaxies, mais pas de vitesse d'expansion de l'univers.

[/quote']

 

Je ne suis pas d'accord on peut définir l'expansion, par exemple d'un ruban élastique, sous forme d'une vitesse, par exemple le ruban s'étire de "2cm par heure" ce sont bien les mêmes unités mais exprimant ici un rythme d'expansion ...

 

3) Mais l'univers observable est' date=' par définition, l'intérieur d'une sphère de 13,6 Gal de rayon (13,6 milliards d'années-lumière ─ si l'âge de l'univers est de 13,6 Ga). À noter que l'univers observable est constitué d'espace et de matière située intégralement dans le passé, à part nous.

[/quote']

 

Non ce n'est pas la définition de l'univers "observable" car pour moi l'univers observable c'est l'horizon cosmologique c'est la même chose, du fait de l'expansion de l'univers depuis sa naissance il y a bien 13 GAL on pourrait voir un peu plus loin de nos jours : 45 GAL environ. Evidemment on "observe" les objets dans le passé.

D'accord, mais alors au final, la taille de l'univers observable est : ???

Je suppose que tu parles de l'univers observable: l'univers en entier est bien plus grand et nous ne pourrons jamais en connaître l'étendue de façon directe (ni même savoir s'il est fini ou infini!)

Cela dépend de la définition de distance utilisée. "Proper distance" est ce qui est le plus intuitif pour la taille "présente" de l'univers en tenant compte du fait que l'univers a gonflé depuis que le rayonnement fossile que nous percevons a été émis, mais "le présent" n'est pas quelque chose qui existe vraiment en relativité générale (c'est bien pourquoi il faut une définition précise).

13,8 milliards, c'est une autre mesure de distance (directement liée au temps que la lumière a mis à nous atteindre maintenant) et c'est d'ailleurs un rayon et pas un diamètre. En anglais "light travel distance".

"Comoving distance" et "proper distance" sont les mêmes dans l'univers présent, mais pas dans le passé (les objets maintenant à "46 miiliards d'année lumière" l'étaient aussi dans le passé, alors que la "proper distance" était inférieure). On _definit_ les unités de façon à ce que les deux valeurs soient les mêmes au présent.

Si on prend les rapports de luminosité ou de diamètre angulaire qui sont justes pour l'univers proche et qu'on extrapole on obtient d'ailleurs encore d'autres mesures de distance:

https://en.wikipedia.org/wiki/Distance_measures_(cosmology)

Pour le dire en langage courant, si on arête l'expansion, et qu'on mesure la distance entre nous et la dite galaxie, et bien c'est ça la distance comobile ?

Oui. Une autre façon de le dire, c'est : si la lumière se déplaçait infiniment vite, la distance mesurée par nos observations serait la distance comobile.

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Je ne suis pas d'accord on peut définir l'expansion, par exemple d'un ruban élastique, sous forme d'une vitesse, par exemple le ruban s'étire de "2cm par heure" ce sont bien les mêmes unités mais exprimant ici un rythme d'expansion ...

Et si le ruban est de taille infini ? Je pense que la situation n'est pas analogue. Pour que ce soit analogue, il faudrait supposer que l'univers est fini et connaître sa taille, et alors on appellerait « vitesse d'expansion » la vitesse d'éloignent de deux endroits de l'univers les plus éloignés l'un de l'autre (si c'est une hypersphère, ce serait deux endroits aux antipodes). Mais cette vitesse n'aurait rien à voir avec les vitesses d'éloignement des galaxies qu'on mesure.

Non ce n'est pas la définition de l'univers "observable" car pour moi l'univers observable c'est l'horizon cosmologique

Oups, quand j'ai écrit « par définition », je ne voulais pas dire que la définition de l'univers observable, c'est une sphère de 13,6 Gal etc., mais que la définition de l'univers observable avait pour conséquence directe que c'est une sphère de 13,6 Gal etc. (ceci à cause de l'âge de l'univers, par ailleurs).

C'est une sphère de 13,6Gal de rayon (et donc le double de diamètre) en "light travel distance" pas en distance comobile (ou distance propre).

Et si le ruban est de taille infini ? Je pense que la situation n'est pas analogue. Pour que ce soit analogue' date=' il faudrait supposer que l'univers est fini et connaître sa taille, et alors on appellerait « vitesse d'expansion » la vitesse d'éloignent de deux endroits de l'univers les plus éloignés l'un de l'autre (si c'est une hypersphère, ce serait deux endroits aux antipodes). Mais cette vitesse n'aurait rien à voir avec les vitesses d'éloignement des galaxies qu'on mesure.

[/quote']

 

Oui je suis d'accord mais même un certain rythme d'expansion imprimerai localement une expansion plus petite certe et ce même si le ruban était très long voir même infini. En tout état de cause c'est un peu plus compliqué encore car nous vivons dans un univers dont le rythme d'expansion s'accélère (dont la vitesse varie) et ce en fonction de la distance donc l'analogie s'arrête clairement ici.

C'est une sphère de 13,6Gal de rayon (et donc le double de diamètre) en "light travel distance" pas en distance comobile (ou distance propre).

En fait la lumière a été émise il y a environ 13.8 milliards d'années.

Cette region que l'on voit maintenant, était distante de nous de 40 millions d'années-lumière au moment de l'émission.

Aujourd'hui cette région, du fait de l'expansion et de notre modèle Lambda CDM est à 45 Gal.

Le problème est que l'on ne peut pas trop parler de distance dans un espace en expansion.

Il me semble que lorsque les astrophysiciens parlent de l'univers observable, ils parlent de la sphère de l'espace-temps qui fait 13,6 Gal de rayon (forcément en distance luminique), pas de ce qu'est devenue au présent cette sphère : ce qu'est devenue au présent cette sphère n'est pas observable, donc ne peut pas être qualifiée d'univers observable ! (À moins de vouloir embrouiller tout le monde...)

J'avoue avoir du mal à comprendre l'intérêt de s'intéresser à l'« univers observable tel qu'il est dans le présent » (le truc qui fait 45 Gal de rayon) : c'est juste un sous-ensemble arbitraire de l'univers. Alors que l'objet dont je parle plus haut n'est pas du tout arbitraire : c'est la portion d'espace-temps que l'on peut étudier. Bon, c'est une sphère dans l'espace-temps, pas dans l'espace tout court, donc ça complique un peu...

Moi je n'avais jamais lu que l'univers observable était de l'âge de l'univers (enfin du debut après le "Big Bang"). La question ne devrait pas être ce qu'on pense qu'est l'univers observable, car des termes contre intuitif en science il y en a des tonnes. M'enfin faut bien leur donner des noms. De ce que j'ai compris, je peux mal comprendre, l'univers observable est effectivement la portions visible de l'univers à laquelle il est "facile" d'appliquer le modèle cosmologique pour nous donner l'état actuelle des cette univers que l'on peut observer.

Oui mais non...

Oui mais oui. Si on se tient au définitions il n'y a pas d’ambiguïté (et d'ailleurs les points qui sont maintenant à 45 Gal de distance comobile l'étaient aussi à l'émission du rayonnement fossile, par définition. C'est en distance propre qu'ils étaient "plus près".)

Bon' date=' c'est une sphère dans l'espace-temps, [/quote']

Plutôt un cône (enfin, son équivalent avec 3D spatiales et 1D temporelle).

 

À part ça, si les cosmologues ont définis plusieurs mesures, c'est bien parce que ce les intéresse -- si on décrit les propriétés d'un modèle on ne doit pas nécessairement se limiter à l'observable. Bien au contraire, calculer dans un modèle peut donner des quantités observables pour valider ou infirmer le modèle.

 

Mais quand ils parlent d'une galaxie --d'observations-- ils vont plutôt indiquer le "z", le décalage vers le rouge, comme c'est ce qui est directement observable -- même la distance luminique ne l'est pas.

Il me semble que lorsque les astrophysiciens parlent de l'univers observable' date=' ils parlent de la sphère de l'espace-temps qui fait 13,6 Gal de rayon (forcément en distance luminique), pas de ce qu'est devenue au présent cette sphère : ce qu'est devenue au présent cette sphère [i']n'est pas[/i] observable, donc ne peut pas être qualifiée d'univers observable ! (À moins de vouloir embrouiller tout le monde...)

 

Ton raisonnement est logique mais pourtant tu ne prends en compte que l'univers visible et ses 13;8 Gal de rayon sans prendre en compte l'expansion et la constante de Hubble.

Ce qui doit être compris par "observable" concerne ainsi les photons devenus accessibles du fait que notre horizon cosmologique s'éloigne dévoilant ainsi des parties encore invisibles de notre univers.

http://www.astronoo.com/fr/articles/taille-de-l-univers.html

http://villemin.gerard.free.fr/Science/UnivDim.htm

Il me semble que lorsque les astrophysiciens parlent de l'univers observable' date=' ils parlent de la sphère de l'espace-temps qui fait 13,6 Gal de rayon (forcément en distance luminique), pas de ce qu'est devenue au présent cette sphère : ce qu'est devenue au présent cette sphère [i']n'est pas[/i] observable, donc ne peut pas être qualifiée d'univers observable ! (À moins de vouloir embrouiller tout le monde...)

 

J'avoue avoir du mal à comprendre l'intérêt de s'intéresser à l'« univers observable tel qu'il est dans le présent » (le truc qui fait 45 Gal de rayon) : c'est juste un sous-ensemble arbitraire de l'univers. Alors que l'objet dont je parle plus haut n'est pas du tout arbitraire : c'est la portion d'espace-temps que l'on peut étudier. Bon, c'est une sphère dans l'espace-temps, pas dans l'espace tout court, donc ça complique un peu...

En fait les astrophysiciens ne parlent pas en distance (comobile) parce que ça dépend du modèle, mais plutôt en z. Donc le CMB a un z de 1100. Et je pense que la presse et le grand public retiennent une sphere de 90 Gal.