Une Galaxie à 13,2 Milliards d'Années-Lumières

[Invité Julie Charland]

Tout à fait.

Nous ne connaissons pas son âge actuel (elle n existe peut être plus) mais nous voyons sa lumière émise il y a presque 14 milliards d années, donc quand elle était toute jeune.

 

Pierre

 

Bonjour Pierre

 

Donc son âge est évalué par rapport à nous alors que nous n'avons strictement rien à voir avec l'âge de la galaxie ?

 

Je comprends ton explication et t'en remercie. Mais elle me paraît étrange.

 

Selon ma compréhension des choses, les étoiles sont nées du Big Bang. Les étoiles les plus éloignées du lieu du Big Bang sont plus vieilles puisqu'elles ont été les premières créées.

[Osmorhum']

Donc son âge est évalué par rapport à nous alors que nous n'avons strictement rien à voir avec l'âge de la galaxie ?

 

On évalue plutôt ça "place" temporelle par rapport à l'âge de l'Univers et la distance à laquelle elle se trouve: si une étoile est située à 14 milliards d'années lumières de nous, alors il faudra 14 milliards d'années pour que sa lumière nous parviennent, donc quand on la verra, on verra une "image" vieille de 14 milliards d'années (en sachant que depuis la galaxie n'existe peut-être plus)... Hors notre univers a environ 15 milliards d'années si je ne me trompe pas.. Ce qui fait que cette galaxie était formée déjà 1 milliard d'années après le big bang (15 - 14), donc "tôt".

 

Selon ma compréhension des choses, les étoiles sont nées du Big Bang. Les étoiles les plus éloignées du lieu du Big Bang sont plus vieilles puisqu'elles ont été les premières créées.

 

Je crois pas qu'on puisse parler de "lieu" du big bang puisqu'en théorie il s'est déroulé dans tout l'univers de "l'époque"... En fait, plus on regarde loin de nous, plus on regarde loin dans le passé de l'Univers (dû au temps que doit mettre la lumière pour nous parvenir, comme on le disait)... Le Big Bang a donné naissance à tout ce que l'on observe (et aussi ce qu'on ne peut pas observer) dans l'Univers... Les étoiles, galaxie etc... Mais les étoiles se forment, explosent puis donnent naissance à d'autres étoiles etc... Notre soleil a environ 5 Milliards d'années, on a le temps de le voir devenir une Géante rouge, mais on peut observer autour de nous d'autres étoiles qui sont déjà parvenu à ce stade, et plus...

['Bruno]

théoriquement' date=' dans 2 milliards d'années, la lumière des premiers instants du Big Bang nous parviendra...[/quote']

Non : à toute époque de l'univers, cette lumière pourrait nous parvenir (d'un coin de l'espace éloigné d'une distance égale à l'âge de l'univers - aujourd'hui c'est 13,6 milliards d'années-lumières (*)). Mais l'univers était alors opaque, donc c'est impossible (et ce le sera toujours, du moins tant qu'on essaie de le détecter de façon optique). L'univers a cessé d'être opaque 300.000 ans après sa naissance (ou une valeur de ce genre) et à toute époque de l'univers on peut observer une partie de ce résidu âgé de 300.000 ans : c'est le rayonnement de fond cosmologique (la partie située à 13,6 - 0,0003 milliards d'années-lumières).

 

(*) Si on prend comme référence le modèle où l'univers est âgé de 13,6 milliards d'années. C'est bien sûr une valeur approximative.

 

Les étoiles les plus éloignées du lieu du Big Bang sont plus vieilles puisqu'elles ont été les premières créées.

Il n'y a pas de « lieu du big bang », du coup ton raisonnement n'a pas de sens. Toi aussi tu devrais lire mon exposé ( http://www.webastro.net/forum/showthread.php?t=20089 ).

 

Je n'arrête pas de recommander à tout le monde cet exposé, mais c'est parce que si vous n'avez pas compris, vous risquez de vous faire mal à la tête pour rien...

Modifié 24 septembre 2012 par 'Bruno

[Osmorhum']

à toute époque de l'univers, cette lumière pourrait nous parvenir (d'un coin de l'espace éloigné d'une distance égale à l'âge de l'univers - aujourd'hui c'est 13,6 milliards d'années-lumières (*)).

 

J'étais resté sur un âge approximatif de 15M ans... Du coup je me disais qu'on avait encore un certain temps avant de pouvoir constater les premiers phénomènes observables... Faut que je révise mes dates d'histoire

 

L'univers a cessé d'être opaque 300.000 ans après sa naissance (ou une valeur de ce genre)

 

Faut vraiment que je lise ton exposé, mais pas au boulot quand je serais en condition adéquate

 

Du coup ça m'inspire des questions, que je poserais après avoir lu ton article si je n'y ai pas trouvé les réponses

['Bruno]

En fait, je pense que tu as raison de prendre comme âge approximatif 15 Ga (milliards d'années), étant donné que c'est de toute façon une estimation relativement imprécise.

 

J'ai utilisé 13,6 Ga parce que dans cette discussion, on parle d'une galaxie située à 13,2 Gal (milliards d'années-lumières), or cette distance s'évalue à partir du modèle, donc à partir des 13,6 Ga. Si un jour on découvrait une erreur dans le modèle conduisant à estimer l'âge de l'univers à 16,5 Ga (par exemple), cette galaxie ne serait plus distante de 13,2 mais de 16,0 Gal (ou quelque chose comme ça).

[Osmorhum']

Oula tu m'en fou une belle là...

 

Concrètement (enfin en simplifiant un minimum quand même ), comment on estime cet âge ? En fonction de la lumière qui nous parvient de cette époque de l'Univers ?

(si c'est indiqué dans ton exposé, prends pas la peine de te répéter, j'aurais la réponse en lisant )

 

Parce pour le moment je me dis qu'une galaxie qui est à 13,2Gal de nous... ben elle reste à cette distance de nous même si l'Univers prend 3Ga de plus... Par contre elle devient plus "jeune" par rapport à l'Univers... (Mais ça comme je disais, c'est dans ma tête )

[Newbie Mais]

Je ne suis pas sûr que l'âge de l'univers change quoi que ce soit à l'âge de cette galaxie.

Son âge a été déterminé par son redshift, qui nous donne un âge approximatif de 13.2 Gal. Même si l'âge de l'univers devient à être estimé à 20 Gal, le redshift de cette agalaxie sera toujours le même, et elle aura encore 13,2 Gal.

 

Le fond diffus cosmologique a été fixé vers les 360.000 al

 

Pierre

['Bruno]

L'âge de l'univers est compliqué à estimer, il dépend de pas mal de paramètres mal connus. Mais il faut savoir que les estimations de distance des galaxies lointaines sont toujours faites à partir de cet âge. Pour connaître la distance d'une galaxie lointaine, on mesure son « redshift » z (un nombre entre 0 et l'infini) et la théorie fournit une relation entre z et la distance de cette galaxie. En fait, c'est cette même relation qui donne l'âge de l'univers : tout simplement en utilisant la formule avec z = l'infini (qui donne la distance maximale possible, donc l'âge de l'univers). C'est pour ça que cette valeur de 13,2 Gal est liée à l'âge estimé de l'univers. Liée via les paramètres mal connus dont je parlais plus haut : si on change ces paramètres, on change en même temps l'âge de l'univers et la distance de toutes les galaxies lointaines.

 

(Je pense que donc Newbie Mais a tort, et que c'est quelque chose d'important.)

 

-------------------

Je vais expliquer ça en utilisant la formule issue de la relativité restreinte. Ce n'est pas la bonne formule, c'est juste pour donner une idée de comment on fait.

 

La loi de Hubble dit que la distance est proportionnelle à la vitesse de récession : v = H d. Donc d = v / H (où H = 72 km/s/Mpc).

 

Exemple : si v = 1.200 km/s (cas des galaxies de l'amas Virgo), d = 17 Mpc. Pour obtenir la distance en millions d'années-lumières, on multiplie par 3,26 : d = 54 Mal.

 

En fait, on ne mesure pas directement cette vitesse, mais le « redshift » z. Pour des vitesses petites, on en déduit v par la formule : v/c = z (où c est la vitesse de la lumière). Mais pour des vitesses non négligeables par rapport à c, il faut utiliser la formule relativiste :

 

v/c = [ (z+1)² - 1 ] / [ (z+1)² + 1 ]

 

Méthode :

1) On mesure z sur le spectre (nombre compris entre 0 et l'infini).

2) Sachant que c = 300.000 km/s, on en déduit la valeur de v en km/s à partir de la grosse formule ci-dessus.

3) On calcule d = v / H, d'où la distance en Mpc (ou bien en Mal en multipliant par 3,26).

 

- Ainsi, avec z = 2, on trouve v/c = 0,8 d'où d = 3,3 Gpc (au lieu de 8,3 Gpc avec la formule non-relativiste).

- Avec z = 9,6, on obtient v/c = 0,982 et d = 4,1 Gpc = 13,3 Gal.

 

Et si z = l'infini ? C'est la valeur maximum possible, celle qui correspond aux objets dont l'ancienneté est égale à l'âge de l'univers. La limite de l'expression donnant v/c, quand z tend vers l'infini, est 1. Autrement dit, v vaut, au maximum, c. On en déduit la distance maximale possible : d = 4,2 Gpc = 13,6 Gal.

 

Conclusion : la limite de l'univers observable est distante de 13,6 milliards d'années-lumières, donc l'âge de l'univers est de 13,6 milliards d'années.

 

Notez bien que cette valeur est liée aux calculs de distance, c'est une conséquence du choix de H. Ici, j'ai pris H = 72 km/s/Mpc puisque c'est la valeur admise depuis une dizaine d'années. Mais si un jour on découvrait qu'en réalité H = 50 km/s, ça changerait toutes les estimations de distance :

- L'âge de l'univers serait cette fois de 19,6 Ga (puisque la distance maxi serait de 6,0 Gpc).

- Notre galaxie de z = 9,6 serait cette fois distante de 5,9 Gpc = 19,2 Mal.

 

En fait, la formule qui donne le lien entre z et d n'est pas celle que j'ai indiquée (elle donne aussi un âge de l'univers égal à 13,6 Ga, mais c'est probablement parce que les autres paramètres de l'univers ont une plus faible influence que H pour l'estimation de l'âge). Le vrai calcul est beaucoup plus compliqué, il dépend de pas mal de paramètres (dont H) et ne se fait pas à la main. Si vous observez une galaxie de décalage spectral z, utilisez http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html pour connaître sa distance (elle est appelée « light travel time » (*)). Notez qu'en mettant z = presque l'infini, on tombe bien sur l'âge de l'univers, ce qui montre que l'estimation de l'âge de l'univers et l'estimation des distances des galaxies lointaines sont liées par le choix des paramètres de modélisation de l'univers (H et compagnie) : changer l'une changera les autres, et vice-versa. (On peut aussi s'amuser à faire varier les paramètres pour voir leur influence... )

 

---

(*) Il existe en fait plusieurs notions de distance. Celle dont on parle dans cette discussion est appelée sur le site de Ned Wright la « light travel time », c'est-à-dire la distance entre l'objet au moment où il a émis sa lumière et nous - c'est une distance dans l'espace-temps. Une autre distance intéressante est, sur ce site, la « comoving radial distance », qui est la distance entre l'objet au présent (s'il existe toujours) et nous - c'est une distance dans l'espace présent.

Modifié 24 septembre 2012 par 'Bruno

[Dr Eric Simon]

L'âge de l'univers est compliqué à estimer' date=' il dépend de pas mal de paramètres mal connus. Mais il faut savoir que les estimations de distance des galaxies lointaines sont toujours faites à partir de cet âge. Pour connaître la distance d'une galaxie lointaine, on mesure son « redshift » z (un nombre entre 0 et l'infini) et la théorie fournit une relation entre z et la distance de cette galaxie. En fait, c'est cette même relation qui donne l'âge de l'univers : tout simplement en utilisant la formule avec z = l'infini (qui donne la distance maximale possible, donc l'âge de l'univers). C'est pour ça que cette valeur de 13,2 Gal est liée à l'âge estimé de l'univers. Liée via les paramètres mal connus dont je parlais plus haut : si on change ces paramètres, on change en même temps l'âge de l'univers et la distance de toutes les galaxies lointaines.

 

(Je pense que donc Newbie Mais a tort, et que c'est quelque chose d'important.)

 

-------------------

Je vais expliquer ça en utilisant la formule issue de la relativité restreinte. Ce n'est pas la bonne formule, c'est juste pour donner une idée de comment on fait.

 

La loi de Hubble dit que la distance est proportionnelle à la vitesse de récession : v = H d. Donc d = v / H (où H = 72 km/s/Mpc).

 

Exemple : si v = 1.200 km/s (cas des galaxies de l'amas Virgo), d = 17 Mpc. Pour obtenir la distance en millions d'années-lumières, on multiplie par 3,26 : d = 54 Mal.

 

En fait, on ne mesure pas directement cette vitesse, mais le « redshift » z. Pour des vitesses petites, on en déduit v par la formule : v/c = z (où c est la vitesse de la lumière). Mais pour des vitesses non négligeables par rapport à c, il faut utiliser la formule relativiste :

 

v/c = [ (z+1)² - 1 '] / [ (z+1)² + 1 ]

 

Méthode :

1) On mesure z sur le spectre (nombre compris entre 0 et l'infini).

2) Sachant que c = 300.000 km/s, on en déduit la valeur de v en km/s à partir de la grosse formule ci-dessus.

3) On calcule d = v / H, d'où la distance en Mpc (ou bien en Mal en multipliant par 3,26).

 

- Ainsi, avec z = 2, on trouve v/c = 0,8 d'où d = 3,3 Gpc (au lieu de 8,3 Gpc avec la formule non-relativiste).

- Avec z = 9,6, on obtient v/c = 0,982 et d = 4,1 Gpc = 13,3 Gal.

 

Et si z = l'infini ? C'est la valeur maximum possible, celle qui correspond aux objets dont l'ancienneté est égale à l'âge de l'univers. La limite de cette expression, quand z tend vers l'infini, est 1. Autrement dit, v vaut, au maximum, c. On en déduit la distance maximale possible : d = 4,2 Gpc = 13,6 Gal.

 

Conclusion : la limite de l'univers observable est distante de 13,6 milliards d'années-lumières, donc l'âge de l'univers est de 13,6 milliards d'années.

 

Notez bien que cette valeur est liée aux calculs de distance, c'est une conséquence du choix de H. Ici, j'ai pris H = 72 km/s/Mpc puisque c'est la valeur admise depuis une dizaine d'années. Mais si un jour on découvrait qu'en réalité H = 50 km/s, ça changerait toutes les estimations de distance :

- L'âge de l'univers aurait cette fois 19,6 Ga (puisque la distance maxi serait de 6,0 Gpc).

- Notre galaxie de z = 9,6 serait cette fois distante de 5,9 Gpc = 19,2 Mal.

 

En fait, la formule qui donne le lien entre z et d n'est pas celle que j'ai indiquée (elle donne aussi un âge de l'univers égal à 13,6 Ga, mais c'est probablement parce que les autres paramètres de l'univers ont une plus faible influence que H pour l'estimation de l'âge). Le vrai calcul est beaucoup plus compliqué, il dépend de pas mal de paramètres (dont H) et ne se fait pas à la main. Si vous observez une galaxie de décalage spectral z, utilisez http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html pour connaître sa distance (elle est appelée « light travel time » (*)). Notez qu'en mettant z = presque l'infini, on tombe bien sur l'âge de l'univers, ce qui montre que l'estimation de l'âge de l'univers et l'estimation des distances des galaxies lointaines sont liées par le choix des paramètres de modélisation de l'univers (H et compagnie) : changer l'une changera les autres, et vice-versa. (On peut aussi s'amuser à faire varier les paramètres pour voir leur influence... )

 

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(*) Il existe en fait plusieurs notions de distance. Celle dont on parle dans cette discussion est appelée sur le site de Ned Wright la « light travel time », c'est-à-dire la distance entre l'objet au moment où il a émis sa lumière et nous - c'est une distance dans l'espace-temps. Une autre distance intéressante est, sur ce site, la « comoving radial distance », qui est la distance entre l'objet au présent (s'il existe toujours) et nous - c'est une distance dans l'espace présent.

 

Merci Bruno, c'est limpide.

[Osmorhum']

Limpide... Facile à dire quand on a un "Dr" devant son nom

 

Faut que je relise calmement, y a trop de formule pour mon cerveau de Bac L...

[Kelthuzad]

Merci Bruno.

[astro-sam]

Hello,

 

petite irruption pour remercier également Bruno, parce que c'est la première fois que j'ai une explication qui me fait comprendre clairement comment on estime l'age de l'univers.

 

Par contre on pourrait plutot parler d'age "minimum" de l'univers, parce ton explication n'interdit pas des objets plus anciens....

 

A+

['Bruno]

Ce qui interdit l'existence d'objets plus anciens, c'est le modèle du « big bang » : c'est à cause de lui que l'âge de l'univers est égal au rayon de l'univers observable, donc à la distance maximale possible. Disons que cet âge est l'âge depuis le début de l'expansion, mais jusqu'à preuve du contraire il n'y a rien eu avant (il paraît que certains théoriciens ont des idées à ce sujet, mais il me semble que ça reste très spéculatif, donc je préfère ne pas en tenir compte pour le moment).

 

--------

Tiens, en revenant sur la page de Ned Wright, j'ai découvert qu'elle est en grande partie traduite en français, notamment : http://www-cosmosaf.iap.fr/Wright.htm . Je pense que ça vaut le coup de lire cette page. Là, je viens juste de feuilleter rapidement la page « Cours Cosmologie première partie » et je viens de comprendre pourquoi la formule de la relativité restreinte (celle que j'ai donnée mais qui n'est pas la bonne), qui est indiquée à la page 6 de la première partie, marche si bien : c'est parce que la prise en compte de la relativité générale ajoute simplement des termes d'ordre supérieur, donc de moindre importance. En gros, la formule de la relativité restreinte est une bonne approximation.

 

Ah, ça me fait plaisir d'avoir enfin compris ça, car je me suis longtemps demandé pourquoi elle marchait si bien alors qu'elle était fausse (en fait, au début je croyais que c'était la bonne formule, et depuis qu'on m'a expliqué que non, je ne savais plus quoi penser...)

 

Important : si vous lisez mon texte « À quoi ressemble l'univers » (lien que je donnais au message #29) et que mes explications sur les diagrammes d'espace-temps vous sont compréhensibles (c'est extrêmement important, alors j'espère avoir été clair), alors vous comprendrez facilement les diagrammes du cours de cosmologie de Ned Wright (2è partie) et vous allez enfin avoir une vraie idée de la géométrie de l'univers. Ça vaut le coup, vraiment, vraiment, de s'accrocher. Je pense que c'est la clé pour rentrer dans la cosmologie. (Et pas besoin de formules mathématiques, ce sont des diagrammes.)

Modifié 24 septembre 2012 par 'Bruno

[Invité Julie Charland]

 

 

Il n'y a pas de « lieu du big bang »' date=' du coup ton raisonnement n'a pas de sens. Toi aussi tu devrais lire mon exposé ( http://www.webastro.net/forum/showthread.php?t=20089 ).

 

Je n'arrête pas de recommander à tout le monde cet exposé, mais c'est parce que si vous n'avez pas compris, vous risquez de vous faire mal à la tête pour rien... [/quote']

 

Bonjour Bruno

 

Il date de mai 2007, ton exposé

 

 

Le point 0, c'est nous. Je vois.

Je vais devoir lire le tout à tête reposée.

 

Merci !

[astro-sam]

Hello,

 

Je confirme, même avec 5 ans d'age, ton exposé est très clair, un bien bel effort de vulgarisation

 

Donc ben merci

 

Sinon je saisis le concept "d'age" du point de vue du modèle théorique, mais ce n'est pas encore intuitif pour moi (ça le deviendra peut etre plus tard...).

 

A+

[Dom de Savoie]

Bonjour,

 

 

Important : si vous lisez mon texte « À quoi ressemble l'univers » (lien que je donnais au message #29) et que mes explications sur les diagrammes d'espace-temps vous sont compréhensibles (c'est extrêmement important' date=' alors j'espère avoir été clair), alors vous comprendrez facilement les diagrammes du cours de cosmologie de Ned Wright (2è partie) et vous allez enfin avoir une vraie idée de la géométrie de l'univers. Ça vaut le coup, vraiment, vraiment, de s'accrocher. Je pense que c'est la [u']clé[/u] pour rentrer dans la cosmologie. (Et pas besoin de formules mathématiques, ce sont des diagrammes.)

 

J'en rajoute une couche, il faut absolument aller lire les explications de Bruno sur les diagrammes d'espace-temps. C'est très bien fait et ça aide à comprendre des notions qui ne sont pas du tout intuitives.

 

Dominique

[Nicolastro]

Dans le calcul de la distance maximale d'un objet vous ne prenez ni en compte l'inflation de l'Univers, ni l'expansion... Ainsi le calcul de l'âge de l'Univers à partir de la constante de Hubble est "correct", mais pas la plus grande distance possible... Une galaxie formée quelques 500millions d'années aprés le Big-Bang, n'est pas située à 13.6-0.5=13.1Gyr, puisque la lumière émise par cette galaxie a en fait parcouru bien plus d'années-lumière...

[Kelthuzad]

Dans le calcul de la distance maximale d'un objet vous ne prenez ni en compte l'inflation de l'Univers, ni l'expansion... Ainsi le calcul de l'âge de l'Univers à partir de la constante de Hubble est "correct", mais pas la plus grande distance possible... Une galaxie formée quelques 500millions d'années aprés le Big-Bang, n'est pas située à 13.6-0.5=13.1Gyr, puisque la lumière émise par cette galaxie a en fait parcouru bien plus d'années-lumière...

 

Oui environ 45 Gal.

 

Edit : Pas tout à fait, voir post #50

Modifié 2 octobre 2012 par Kelthuzad

[bongibong]

Oui environ 45 Gal.

Je ne suis pas trop d'accord. Dans ce que je crois comprendre, en 13.7 milliards d'années, la lumière a pu parcourir "seulement" 13.7 milliards d'années lumière.

Pour moi c'est la distance A'O, dans la synthèse de Bruno, que je conseille vivement de lire, c'est vraiment très bien fait, et compréhensible pour un béotien comme moi.

 

Par contre la distance de la galaxie émettrice à la notre c'est AO et elle vaut quelque chose comme 45 Gal.

[Kelthuzad]

Oui par définition le parcours de la lumière s'étend sur 13,7 Gal (pour une durée de 13,7 Gyr). Seulement dû à l'expansion la source s'est éloignée alors que la lumière déjà émise se propage vers nous, si l'objet existe encore il se trouve plus loin que la distance parcourue par la lumière.

 

puisque la lumière émise par cette galaxie a en fait parcouru bien plus d'années-lumière...

 

J'ai dit oui mais sans faire attention à ce bout de phrase qui est faux, la lumière a parcouru une distance maximum de 13,7 Gal, si on calcule la distance de l'objet on trouve 13,7 Gal mais ce qu'on voit est du passé, la distance réelle au présent entre nous et l'objet est 45 Gal.

 

Ca se comprend bien grâce au redshift calculator qui a surement été donné, lien

Pour un z très grand, on a le parcours de la lumière fixé à 13,666 Gyr et la distance comobile à 45 Gyr.

Modifié 2 octobre 2012 par Kelthuzad

['Bruno]

Voilà, il y a plusieurs distances possibles, on utilise celle qui est appropriée à la situation. Si on veut analyser la lumière d'une galaxie qu'on est en train d'observer, il faut utiliser la distance luminique. Si on veut se téléporter sur une galaxie lointaine et que la quantité de carburant à injecter dans la machine dépend de la distance, cette fois c'est la distance comobile qu'il faut utiliser. Enfin, si on veut faire un voyage vers une galaxie lointaine en vaisseau spatial, il faut calculer la distance entre nous au présent et la galaxie dans le futur, encore une autre distance. À chaque situation sa distance. Et quand on s'interroge sur l'âge maximum de l'univers, c'est la distance luminique qui intervient (d'où les 13,7 milliards d'années).