Question sur l'expansion de l'univers

[OrionRider]

Bonjour,

 

Encore une 'bête' question probablement...

 

Je viens de lire dans cet article que l'univers 'gonfle' à la vitesse de "75km par seconde par megaparsec". Après une rapide conversion j'arrive à un ratio de 1:10.000.000.000 par an (si je n'ai pas raté un ordre de grandeur quelque part).

 

Cela voudrait dire que chaque année, la distance entre Lille et Marseille 's'étire' d'un cheveu.

 

Mais comment mesure-t-on l'expansion de l'univers si on est 'dedans', si le référentiel s'étire lui-aussi? Le mètre étalon (la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1⁄299 792 458 seconde) reste-t-il constant?

 

Merci d'éclairer ma lanterne.

[sixela]

Oui, la vitesse 'c' reste bien constante. C'est à dire, l'espace s'étire par rapport à cet étalon, et au fur et à mesure, il faut plus de temps à la lumière pour aller de la galaxie X à la galaxie Y (pour lesquelles seule l'expansion cosmique change leur distance). Sinon, évidemment, par définition on pourrait continuer de décrire un univers sans expansion.

Modifié 4 octobre 2012 par sixela

[zanskar]

non, en réalité, cette constante de Hubble signifie qu'une étoile s'éloigne 75km/s plus vite pour chaque parsec : prends deux étoiles, A et B. Si B est à une distance de un parsec de plus que nous par rapport à A, alors sa vitesse d'éloignement sera 75km/s plus rapide que A.

Et donc, avec des distances de millions de parsec, on voit bien que les vitesses deviennent prodigieuses !!! D'autre part, ça reste assez relatif, on parle surtout en redshift, décalage vers le rouge, pour mesurer cette expansion.

La vraie question qui demeure pour les astrophysiciens n'est pas de savoir si il y a expansion ou non, mais pourquoi... et là, la fameuse matière noire pourrait avoir un rôle essentiel dans cette expansion accélérée.

[Kelthuzad]

Salut,

 

L'expansion de l'univers n'est effectif que sur l'espace entre les galaxies. A l'intérieur des galaxies il n'y a pas d'expansion car les forces gravitationnelles sont beaucoup plus fortes. La distance entre deux villes sur Terre n'augmente pas, en tout cas pas par le phénomène d'expansion.

Lors d'une expansion on constate que vu d'un point, plus un objet est loin et plus il s'éloigne vite. Si on observe un objet en dehors de notre galaxie il va donc s'éloigner ce qui est détectable par l'effet Doppler, on déduit sa distance et sa vitesse d'éloignement.

 

La vitesse de la lumière reste contante, c'est l'espace qui grandit ou plutôt la distance entre les objets (galaxies, amas de galaxies) qui augmentent.

 

Edit : L'analogie avec deux étoiles plus haut est mal choisie, l'expansion implique une force finalement faible, lorsqu'on a des effets gravitationnels l'expansion n'est plus visible.

Pour le reste en effet l'expansion est constatée par observations, les théories peuvent répondre aujourd'hui au pourquoi mais au pourquoi l'expansion accélère reste une question d'actualité, la réponse se cache dans l'énergie sombre qui constitue 70 % de l'univers et qui est munie probablement de caractéristiques très différentes de ce que nous connaissons.

Modifié 4 octobre 2012 par Kelthuzad

[zanskar]

Edit : L'analogie avec deux étoiles plus haut est mal choisie, l'expansion implique une force finalement faible, lorsqu'on a des effets gravitationnels l'expansion n'est plus visible.

 

Effectivement, alors disons deux points situés dans le milieu interstellaire, dans cette fameuse "pâte du pudding" qui gonfle. Tu fais bien d'appuyer sur le fait que la force de gravitation l'emporte au niveau local, et c'est ce qui explique d'ailleurs que bon nombre d'objets se rapprochent de nous à grande vitesse ; le meilleur exemple en est M31, la galaxie d'Andromède, qui finira par entrer en collision avec la voie Lactée. Donc, une expansion au niveau cosmologique, malgré la gravitation au niveau local, et, comme tu le disais, une expansion d'autant plus rapide (la constante de Hubble) que le point est lointain.

 

Bonne soirée !

[sixela]

En effet, Marseille et Lille sont liées par bien des forces, et un gonflement des distances au fil du temps (ou pas) dépend de l'évolution de l'expansion au fil du temps, pas de l'expansion elle-même. Une expansion ne produit pas de force (et donc pas de changement de la distance Marseille-Lille, qui se réajuste continuellement et compense). Un expansion à accélération constante produit une force constante, avec une distance Marseille-Lille constante mais un peu plus grande que dans le scénario précédent. Une expansion dont l'accélération accélère, elle, fait bien croître la distance Marseille-Lille, éventuellement juqu'à ce qu'un 'Big Rip' arrive à même séparer toutes les particules élémentaires.

 

Les observation penchent pour l'instant plutôt vers le deuxième scenario: Lille-Marseille est un peu plus grand qu'il ne serait sans l'expansion accélérée, mais cela ne change pas au fil du temps (ou en tout cas très, très lentement). Mais le scénario dépend entièrement de la cause qu'on suppose faire accélérer l'expansion.

 

Voir 'Is Brooklyn expanding ' dans l'excellent http://www.mso.anu.edu.au/~charley/papers/LineweaverDavisSciAm.pdf

Modifié 4 octobre 2012 par sixela

[Kelthuzad]

Après une rapide conversion j'arrive à un ratio de 1:10.000.000.000 par an

 

Edit : J'ai rien dit, je trouve la même valeur.

 

Effectivement, alors disons deux points situés dans le milieu interstellaire, dans cette fameuse "pâte du pudding" qui gonfle. Tu fais bien d'appuyer sur le fait que la force de gravitation l'emporte au niveau local, et c'est ce qui explique d'ailleurs que bon nombre d'objets se rapprochent de nous à grande vitesse ; le meilleur exemple en est M31, la galaxie d'Andromède, qui finira par entrer en collision avec la voie Lactée. Donc, une expansion au niveau cosmologique, malgré la gravitation au niveau local, et, comme tu le disais, une expansion d'autant plus rapide (la constante de Hubble) que le point est lointain.

 

Bonne soirée !

 

Tout à fait d'accord, bonne soirée.

Modifié 4 octobre 2012 par Kelthuzad

[OrionRider]

Merci pour vos réponses. J'imagine qu'il ne doit pas être évident de confirmer par l'observation si oui ou non Lille et Marseille s'éloignent d'un mètre tous les millénaires. Surtout si le mètre utilisé grandit d'autant...

[Kelthuzad]

Si l'éloignement est progressif on peut calculer le temps exact que met un photon ou autre particule émis à Lille et reçu à Marseille, on en déduit la distance et on en tire un ordre de grandeur sur des milliers d'années.

['Bruno]

OrionRider : ce dont tu parles, c'est tout simplement la constante de Hubble. La vitesse de récession V (km/s) est proportionnelle à la distance D (Mpc) par la formule V = H x D où H, constante de Hubble, vaut 75 km/s/Mpc. C'est la loi de Hubble

 

On l'obtient en estimant la distance des galaxies (avec les supernovae de type I, notamment). On mesure de plus la vitesse de récession à partir du décalage spectral. Il suffit alors de calculer V / D, qui donne H.

 

C'est comme ça qu'on découvre que pour de très grandes distances (milliards d'années-lumières), H augmente, ce qui est le signe d'une expansion accélérée.

 

Quant à mesurer la distance Marseille-Lille, ça ne sert à rien :1° si on veut confirmer la loi de Hubble, il faut observer des galaxies lointaines, où la loi de Hubble est observable ; 2° de toute façon Marseille et Lille ne s'éloignent pas par l'expansion puisque celle-ci est un effet gravitationnel dû à l'ensemble de l'univers, effet qui est extrêmement négligeable par rapport aux effets gravitationnels provenant des objets proches. (Raison pour laquelle le système solaire ne se dilate pas.)

Modifié 4 octobre 2012 par 'Bruno

[OrionRider]

Merci Bruno.

Je me demandais si c'était tout le 'tissu' de l'univers qui s'étendait de façon uniforme, donc des atomes aux groupes de galaxies, ou si l'univers ne changeait pas mais que les galaxies s'éloignaient 'dans' l'univers.

['Bruno]

Les galaxies ne s'éloignent pas dans l'univers.

 

Mais ça ne signifie pas pour autant que tout s'étend de façon uniforme.

 

(Attention : ce qui suit, c'est ce que je crois avoir compris. Donc ça vaut ce que ça vaut.)

 

Il ne faut pas oublier qu'à la base, cette expansion n'est pas une force fondamentale en plus de la gravitation, l'électromagnétisme, etc. étant donné que c'est juste une conséquence de la gravitation. C'est plus précisemment la contribution gravitationnelle de l'ensemble de l'univers.

 

La force de gravitation est d'autant plus forte qu'elle agit entre des objets rapprochés. Ainsi, la Lune provoque des marées, le Soleil aussi mais de façon moins importante - pourtant le Soleil est plus massif - et le centre de la Galaxie n'a aucune influence sur les marées océaniques. Pourtant le centre de la Galaxie est énorme de chez énorme. Oui mais il est beaucoup trop loin. Son influence gravitationnelle est au final extrêmement faible.

 

Eh bien il en est de même de l'inflence gravitationelle de l'ensemble de l'univers. L'ensemble des galaxies, c'est encore plus énorme, mais c'est encore plus lointain et au final cette contribution (l'influence de l'ensemble de l'univers) est négligeable de chez négligeable sur notre planète, sur notre système solaire ou sur notre galaxie (je ne saurais pas calculer, mais j'imagine qu'on est dans le 10^-20 ou quelque chose comme ça) à côté de la contribution gravitationnelle des objets proches : Lune, Soleil, planètes. C'est pour ça que le système solaire n'est pas en expansion ou que M31 s'approche de nous : dans les deux cas, la tendance à l'expansion due à la gravitation de l'ensemble de l'univers est tellement négligeable qu'elle ne compte pas.

 

C'est lorsqu'on regarde la contribution gravitationelle de l'ensemble de l'univers sur un objet immense - le monde extragalactique, l'univers observable - qu'elle n'est pas négligeable et qu'il y a donc expansion.

Modifié 5 octobre 2012 par 'Bruno

[pascal_meheut]

J'ai un gros doute sur le fait que l'expansion de l'univers soit due à la gravitation.

[OrionRider]

Tout cela n'explique pas pourquoi les objets s'éloignent de plus en plus vite, alors qu'ils devraient 'retomber' les uns sur les autres, puisque la gravitation est supposée les attirer.

 

A toutes les échelles jusqu'au groupe de galaxies on voit que les objets s'attirent et orbitent les uns autour des autres en une spirale qui 'concentre' la matière.

Mais à l'échelle de l'univers c'est l'inverse qui se produit. Comme si l'entropie (le 'désordre') l'emportait sur la gravité...

[pascal_meheut]

Tout cela n'explique pas pourquoi les objets s'éloignent de plus en plus vite, alors qu'ils devraient 'retomber' les uns sur les autres, puisque la gravitation est supposée les attirer.

 

C'est une question de densité de matière dans l'univers. En gros tu as 2 forces qui s'opposent : l'expansion et la gravité. Cette dernière dépend de la densité de matière dans l'Univers.

Si elle est assez élevée, tout finit par s'attirer en effet et ca fait un big crunch. Si elle est trop faible, l'univers se dilue et depuis une galaxie, on ne voit plus rien.

Si elle est pile-poil à la bonne valeur, l'expansion s'arrête et il devient statique.

 

Bon, c'est plus compliqué que ca à cause de la constante cosmologique qui n'est pas nulle mais on va va pas aller jusque là.

 

Mais à l'échelle de l'univers c'est l'inverse qui se produit. Comme si l'entropie (le 'désordre') l'emportait sur la gravité...

 

l'entropie n'a pas grand chose à voir.

Modifié 5 octobre 2012 par pascal_meheut

[zanskar]

Tout cela n'explique pas pourquoi les objets s'éloignent de plus en plus vite, alors qu'ils devraient 'retomber' les uns sur les autres, puisque la gravitation est supposée les attirer.

 

A toutes les échelles jusqu'au groupe de galaxies on voit que les objets s'attirent et orbitent les uns autour des autres en une spirale qui 'concentre' la matière.

Mais à l'échelle de l'univers c'est l'inverse qui se produit. Comme si l'entropie (le 'désordre') l'emportait sur la gravité...

 

c'est assez fascinant oui d'où l'intérêt des scientifiques à propos de cette fameuse énergie sombre, qui possède une énergie répulsive et qui serait le grand responsable de l'expansion, applicable au niveau global. La grande question est de savoir ce que sont ces particules, d'où les multiples recherches dans les grands accélérateurs de particules, comme au CERN, pour trouver ce que nous ne réussissons toujours pas à voir. Il a été fait grand bruit récemment du boson de Higgs. Il faut trouver ces particules manquantes pour comprendre le mécanisme de l'accélération de l'expansion, maintenant généralement admis. Ce que l'on sait seulement, c'est que cette énergie sombre (sombre car on ne la voit pas) constituerait jusqu'à 73% de l'univers, et serait isotropique (égale quelle que soit la direction), sans subir de dilution malgré cette expansion (donc elle garderait la même densité ). Si elle est répartie également, c'est qu'elle n'a pas d'effet gravitationnel local, mais un effet au niveau cosmologique, avec répulsion accélérée de la matière (constante de Hubble).

Voilà ce que j'ai compris de ce grand problème de l'astrophysique, mais j'avoue qu'avec mon petit cerveau zanskarien, c'est bien complexe de s'imaginer de tels concepts !

Bonne journée !!! Et continue de t'occuper l'esprit avec ça, ça fait bougrement réfléchir à notre place dans l'univers p.s. quant à l'entropie effectivement, c'est autre chose et je ne pense pas que cela ait un rapport ici

Modifié 5 octobre 2012 par zanskar

['Bruno]

J'ai un gros doute sur le fait que l'expansion de l'univers soit due à la gravitation.

L'expansion de l'univers est inscrite dans les équations de la théorie de la relativité générale, qui est une théorie de la gravitation.

 

Tout cela n'explique pas pourquoi les objets s'éloignent de plus en plus vite, alors qu'ils devraient 'retomber' les uns sur les autres, puisque la gravitation est supposée les attirer.

Non, la gravitation fait des choses plus compliquées, qui sont décrites dans la théorie de la relativité générale (note pour commencer que la Lune ne se rapproche pas de la Terre mais qu'elle s'en éloigne, et uniquement par la gravitation - preuve que la gravitation ne fait pas que retomber les objets, elle fait des choses plus subtiles).

 

Ce qui n'est pas expliqué, c'est pourquoi cette expansion est accélérée (normalment elle devrait être ralentie, aboutissant soit à un bug crunch, soit à une expansion indéfinie mais de moins en moins rapide).

Modifié 5 octobre 2012 par 'Bruno

[pascal_meheut]

L'expansion de l'univers est inscrite dans les équations de la théorie de la relativité générale' date=' qui est une théorie de la gravitation.

[/quote']

 

Je ne crois pas. La relativité générale est compatible avec des modèles d'univers non statiques.

Elle n'impose pas qu'il soit en expansion et l'univers peut-être fermé et pas en expansion, ou plat, etc.

 

Voir par ex :

 

http://fr.wikipedia.org/wiki/Relativit%C3%A9_g%C3%A9n%C3%A9rale#Mod.C3.A8les_d.27Univers

 

De mémoire, l'histoire est la suivante : la relativité générale 1ère version prédit un univers en expansion, Einstein n'y adhère pas et introduit la constante cosmologique non nulle pour le rendre plat.

Ensuite, on montre qu'ainsi, les équations sont compatibles avec plusieurs modèles d'univers.

Mais on découvre l'expansion expérimentalement, on en déduit que la constante cosmologique est nulle, Einstein l'appelle la pire erreur de son existence.

 

Puis récemment on découvre l'accélération de l'expansion : retour de la constante cosmologique mais négative cette fois.

Modifié 7 octobre 2012 par pascal_meheut

[Dom de Savoie]

Bonjour,

 

Voici quelques éléments à propos de l'expansion de l'univers:

 

Dans l'état actuel de nos connaissance, la relativité générale est ce qu'on a de mieux comme théorie de la gravitation. On a souvent une vision classique de la gravitation comme étant le fait que deux corps s'attirent, c'est en fait beaucoup plus compliqué que cela et une bonne théorie de la gravitation se doit d'englober la cosmologie, c'est à dire l'évolution de l'univers. L'expansion de l'univers fait partie intégrante de la théorie décrivant la gravitation.

 

La constante cosmologique a en effet été introduite par Einstein pour rendre l'univers statique mais Lemaitre a montré que cet artifice rendait l'univers instable c'est à dire que la moindre perturbation détruit l'équilibre). On peut lire un très bon article sur la constante cosmologique ici : http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2008/03-Bernardeau.pdf

 

À partir des mesures de supernovae 1a puis des mesures du fond cosmologique on a pu démontrer que le taux d'expansion de l'univers n'est pas constant au cours du temps et que nous sommes actuellement dans une phase d'accélération de ce taux. Cette constatation a remis au goût du jour la constante cosmologique dans les équations d'Einstein, mais il faut bien voir que la constante cosmologique n'est qu'une possibilité parmi d'autres pour expliquer le fait que l'expansion accélère et il y a plusieurs modèles concurrents.

 

Afin de discriminer les différents modèles, il faut mesurer ce qu'on appelle l'équation d'état de l'univers qui relie la pression (p) à la densité d'énergie (rho) par l'intermédiaire d'une constante (w) : p = w.rho Malheureusement, le paramètre w est très difficile à mesurer et c'est d'ailleurs l'enjeu principal des mesures cosmologiques actuelles et à venir.

 

Un univers dominé par la matière correspondrait à w=0 et un univers dominé par le rayonnement à w=1/3

 

si w=-1 on est dans le cas d'une pure constante cosmologique, p = -rho, l'accélération de l'univers est donc interprétable par la présence d'une sorte de pression négative.

 

si w<-1 l'accélération de l'expansion n'a plus de limite, c'est ce qu'on appelle le "big rip", tout l'univers se dilue à l'infini y compris les atomes qui finissent par se disloquer.

 

si w >-1 l'accélération de l'expansion de l'univers peut être expliquée par la présence d'un champ scalaire (comme le champ de Higgs), on est alors dans le cadre des modèle dit de "quintessence" assimilable à l'existence d'une force fondamentale additionnelle (5ème force ==> quintessence).

 

Les mesures cosmologiques actuelles tendent à montrer que w est proche de -1, mais comme dit plus haut on n'est pas encore capable de discriminer entre les modèles.

 

A noter que les modèles de quintessence sont dynamiques c'est à dire que l'équation d'état et la densité d'énergie peuvent varier au cours du temps.

 

Dominique

['Bruno]

Pascal Meheut : si, l'expansion est inscrite dans les équations de la relativité générale. La relativité générale permet d'autres modèles, comme le modèle statique, les modèles exponentiels, etc. ainsi que les modèles de Friedmann qui décrivent un univers en expansion. L'expansion est donc bien une conséquence de la gravitation - dans un certain contexte (présence de matière noire etc.). Si l'univers avait été statique, ç'aurait aussi été une conséquence de la gravitation - dans un autre contexte (constante cosmologique etc.)

 

D'ailleurs l'histoire que tu rappelles le disait très bien (et prouve bien que tout ça est une conséquence de la gravitation).

[pascal_meheut]

Oui, je comprends ce que tu dis et je n'ai pas d'objection. Ma formulation était incorrecte.

 

Je pense juste que dire que "l'expansion est la contribution gravitationnelle de l'ensemble de l'univers" est formellement correct mais pas forcément la meilleure façon de présenter les choses sur un fil de vulgarisation comme celui-ci, surtout dans un contexte où la dite expansion est apparemment due aussi à autre chose (enfin, son accélération).

['Bruno]

Je trouve au contraire que c'était important de le dire car on voit bien dans cette discussion que certains pensent que l'expansion est un truc en plus de la gravitation, une sorte de 5è force, je ne sais pas. D'où les confusions (genre est-ce que Marseille-Lille est en expansion ?)

[pascal_meheut]

Oui, je vois ce que tu veux dire. En même temps, ca peut aussi laisser penser la gravitation comme une force répulsive et créer la confusion avec l'énergie sombre.

 

Dans la plupart des articles, la formulation est plutôt que "l'expansion ou plus exactement le fait que l'Univers n'est pas statique est une conséquence des équations de la Relativité Générale".

 

Sans faire un lien direct avec la gravitation. Même si bien entendu tu as raison de rappeler que c'est "La" théorie de la gravitation.

[OrionRider]

Merci pour toutes ces infos. Comme j'aurais dû m'en douter, la réponse est complexe et on ne sait pas encore tout.

Beaucoup de choses, il nous faut encore découvrir...

 

[loollivier]

bonjour,

à lire à ce sujet

http://www.cieletespace.fr/node/9635

cordialement

Louis OLLIVIER

[OrionRider]

Merci Louis

[Invité Julie Charland]

Bonjour,

 

Il y a 163 000 années-lumière qui sépare la Voie lacté du Grand Nuage de Magellan. Information intéressante relativement à la Contante de Hubble.

 

 

 

De ce lien :

http://www.radio-canada.ca/nouvelles/science/2013/03/12/001-grand-nuage-magellan-distance.shtml

 

 

''Une équipe d'astronomes a mesuré avec une précision inégalée à ce jour la distance qui sépare notre Voie lactée de sa galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan.

 

L'astrophysicien chilien Wolfgang Gieren et ses collègues ont utilisé plusieurs télescopes de l'Observatoire européen austral pour établir qu'elles se trouvent à 163 000 années-lumière l'une de l'autre.

 

Cette nouvelle mesure permet également de préciser notre connaissance du taux d'expansion de l'Univers, appelé Constante de Hubble.

 

En outre, elle aidera la science dans sa compréhension de la nature de l'énergie noire responsable de l'accélération de l'expansion.''

 

 

Je ne vous ai copié qu'une partie du lien. Il vaut la peine d'être lu en entier

 

Bonne lecture

[jarnicoton]

Puisque ces deux galaxies sont de grandes dimensions par comparaison à la distance qui les sépare, et que l'une est de forme irrégulière, entre quels repères mesure-t-on leur distance ?

[Dom de Savoie]

Bonjour,

 

Puisque ces deux galaxies sont de grandes dimensions par comparaison à la distance qui les sépare, et que l'une est de forme irrégulière, entre quels repères mesure-t-on leur distance ?

 

La lecture de la publication : http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1303/1303.2063.pdf montre que :

1- La mesure correspond à la distance entre l'observateur (c.a.d. notre système solaire) et le centre du Grand Nuage de Magellan (LMC)

2- L'auteur indique que les 8 systèmes à éclipses utilisés pour la mesure se trouvent proches du centre du LMC et de la ligne des noeuds (grand axe), il en déduit que la structure géométrique du LMC n'a pas d'influence sur la mesure.

 

Dominique

[mono]

pour ajouter de l'eau au moulin , mon article Wikipedia

Wikipedia