Effet doppler en astronomie

[Narigat]

Bonjour les amis ! 

Je suis nouveau ici, donc pardonnez moi si j'ai posté ce sujet au mauvais endroit.

Ces derniers temps, je m'intéresse beaucoup à l'effet Doppler et à ses applications en astronomie.

Découverte d'exoplanètes, mesures de vitesses radiales... Le sujet est plutôt riche.

Cependant, il y a un point sur lequel je me pose pas mal de questions, et sur lequel j'espérais que vous puissiez m'éclairer : c'est la question de l'expansion de l'univers.

Je ne m'y connais pas énormément en relativité générale donc je passe peut être à côté de quelque chose.

En tout cas, voilà un fait : une façon que l'on a d'observer cette expansion est la mesure du redshift. Il s'agit du décalage vers des longueurs d'ondes plus hautes des ondes émises par les corps en éloignement relatif par rapport à nous. Et, si j'ai bien compris, c'est ce qui nous permet de mesurer leur vitesse de fuite.

Mais voilà le problème : à quoi est dû ce redshift (dans le cadre de l'expansion) ? Sur internet, les gens semblent être partagés entre deux opinions : qu'il est dû à un effet doppler, ou bien à un "étirement" de la longueur d'onde des photons se déplaçant dans un espace qui se dilate.

Quelle est l'interprétation la plus fondée ? Sur certaines pages du wiki, ils écrivent "le décalage vers le rouge de l'objet, vu comme une manifestation de l'effet Doppler" à faible échelle (article : vitesse de fuite), sur d'autres "Il ne s'agit donc plus d'un effet Doppler, comme on le présente encore parfois aujourd'hui" (article : décalage vers le rouge).

Bref, c'est contradictoire.

Est ce que quelqu'un, même s'il n'a pas de réponse, pourrait au moins me diriger vers une source fiable?

Merci d'avance ! 😊

['Bruno]

Bonjour Narigat ! Je ne pense pas que ce soit contradictoire. La phrase :

« le décalage vers le rouge de l'objet, vu comme une manifestation de l'effet Doppler »

signifie qu'il a une apparence d'effet Doppler (il est vu comme si...). Seulement une apparence : la phrase suivante dit bien que ce n'est pas un effet Doppler.

 

[MKPanpan]

Bonjour,

 

Je dirais que la différence, c'est que dans l'effet doppler, il y a un mouvement d'un objet par rapport à un autre, dans un espace défini. Imaginez que des points bougent sur une grille quadrillée. C'est le rapprochement ou l'éloignement qui modifie la fréquence apparente du rayonnement.

 

L'effet de l'expansion de l'univers induit une dilatation de l'espace. Même si les objets sont fixes les uns par rapport aux autres, c'est l'espace entre eux qui s'étire, les longueurs d'onde des rayonnements également. Sur la grille quadrillée, les points gardent les mêmes coordonnées mais les mailles de la grille s'agrandissent.

 

 

 

À l'échelle des galaxies et des amas, on peut avoir les deux qui se cumulent.

L'expansion de l'univers étant la même dans toutes les directions, son effet sur le décalage vers le rouge est le même pour tous les corps, alors que l'effet doppler devrait devrait être statistiquement différent pour chaque corps : il y a autant de galaxies qui devraient s'éloigner de la nôtre que d'autres qui s'en rapprochent (en ne prenant pas en compte la force gravitationnelle qui a plutôt tendance à rapprocher les plus proches au moins.)

 

 

[adamckiewicz]

On mesure la vitesse de rotation des galaxies par effet Doppler : un côté des spires se rapproche pendant que l’autre s’éloigne ( comme quand on observe une toupie), permettant une évaluation de la masse de ces galaxies. Cet effet Doppler est dû à une compression vers le bleu des ondes lumineuses de sources qui se rapprochent de nous, ou étirement vers le rouge des ondes de sources s’éloignant, le tout dans un espace considéré comme fixe. Mais pour mesurer cet effet il fait déjà soustraire le redshift qui est un étirement de l’espace lui même entraînant avec lui un étirement de la longueur des ondes lumineuses émises. 

Modifié 28 août 2023 par adamckiewicz

[Narigat]

Le 22/05/2023 à 13:19, 'Bruno a dit :

Bonjour Narigat ! Je ne pense pas que ce soit contradictoire. La phrase :

« le décalage vers le rouge de l'objet, vu comme une manifestation de l'effet Doppler »

signifie qu'il a une apparence d'effet Doppler (il est vu comme si...). Seulement une apparence : la phrase suivante dit bien que ce n'est pas un effet Doppler.

 

D'accord ! J'ai parfois vu la vitesse de fuite/d'éloignement être calculée avec les formules de l'effet doppler. Est ce que c'est donc erroné?

Il y a 18 heures, MKPanpan a dit :

Bonjour,

 

Je dirais que la différence, c'est que dans l'effet doppler, il y a un mouvement d'un objet par rapport à un autre, dans un espace défini. Imaginez que des points bougent sur une grille quadrillée. C'est le rapprochement ou l'éloignement qui modifie la fréquence apparente du rayonnement.

 

L'effet de l'expansion de l'univers induit une dilatation de l'espace. Même si les objets sont fixes les uns par rapport aux autres, c'est l'espace entre eux qui s'étire, les longueurs d'onde des rayonnements également. Sur la grille quadrillée, les points gardent les mêmes coordonnées mais les mailles de la grille s'agrandissent.

 

 

 

À l'échelle des galaxies et des amas, on peut avoir les deux qui se cumulent.

L'expansion de l'univers étant la même dans toutes les directions, son effet sur le décalage vers le rouge est le même pour tous les corps, alors que l'effet doppler devrait devrait être statistiquement différent pour chaque corps : il y a autant de galaxies qui devraient s'éloigner de la nôtre que d'autres qui s'en rapprochent (en ne prenant pas en compte la force gravitationnelle qui a plutôt tendance à rapprocher les plus proches au moins.)

 

 

Je vois ! Dans ce cas cela veut dire que, à la façon dont le son se propage dans son milieu, comme l'air, la lumière voyage dans l'espace, dont l'expansion provoque un redshift?

Aussi, c'est un détail mais est ce qu'on peut vraiment parler de "vitesse" d'éloignement des galaxies ? Ce terme paraît un peu inadapté pour un objet qui peut être fixe dans un espace en expansion. Est ce qu'il y a un terme spécial?

[Narigat]

Il y a 19 heures, adamckiewicz a dit :

On mesure la vitesse de rotation des galaxies par effet Doppler : un côté des spires se rapproche pendant que l’autre s’éloigne ( comme quand on observe une toupie), permettant une évaluation de la masse de ces galaxies. Cet effet Doppler est dû à une compression vers le bleu des ondes lumineuses de sources qui se rapprochent de nous, ou étirement vers le rouge des ondes de sources s’éloignant, le tout dans un espace considéré comme fixe. Mais pour mesurer cet effet il fait déjà soustraire le redshift qui est un étirement de l’espace lui entraînant avec lui un étirement de la longueur des ondes lumineuses émises. 

Oui, l'étude des vitesses de rotation est très intéressante, en même temps c'est à ça qu'on doit en partie le développement de l'hypothèse de la matière noire !

Je n'avais pas pensé au fait qu'il faille prendre en compte le redshift. Mais notons A le côté qui s'éloigne et B celui qui s'approche. Comme  la distance à la terre de chacun de ces côtés est identique, le redshift (lié à l'expansion) des  longueurs d'onde issues de A et B est identique. Et vu que la vitesse de rotation ne dépend que de la différence entre les la longueur d'onde perçues de A et de B, ses redshifts devraient s'annuler, et ne laisser que les termes liés à l'effet Doppler, non?

[adamckiewicz]

il y a 28 minutes, Narigat a dit :

même temps c'est à ça qu'on doit en partie le développement de l'hypothèse de la matière noire !

Tout à fait! Bon par contre c’est encore un autre sujet  

il y a 29 minutes, Narigat a dit :

vu que la vitesse de rotation ne dépend que de la différence entre les la longueur d'onde perçues de A et de B, ses redshifts devraient s'annuler, et ne laisser que les termes liés à l'effet Doppler, non?

Oui, sans doute mais des explications que j’en ai lu ça reste extrêmement complexe à mesurer pour les galaxies éloignées..

['Bruno]

Il y a 1 heure, Narigat a dit :

D'accord ! J'ai parfois vu la vitesse de fuite/d'éloignement être calculée avec les formules de l'effet doppler. Est ce que c'est donc erroné?

 

Normalement, on appelle ça la vitesse de récession. Le calcul est juste. Mais il faut comprendre que cette vitesse traduit un éloignement qui est dû à l'expansion de l'espace, pas à un véritable déplacement dans l'espace.

[Narigat]

Il y a 12 heures, adamckiewicz a dit :

Tout à fait! Bon par contre c’est encore un autre sujet  

Oui, sans doute mais des explications que j’en ai lu ça reste extrêmement complexe à mesurer pour les galaxies éloignées..

Oui je suis toujours impressionné par la précision des spectroscopes qui permettent de faire ces mesures !

Il y a 12 heures, 'Bruno a dit :

 

Normalement, on appelle ça la vitesse de récession. Le calcul est juste. Mais il faut comprendre que cette vitesse traduit un éloignement qui est dû à l'expansion de l'espace, pas à un véritable déplacement dans l'espace.

D'accord, merci !

[Alhajoth]

Le 23/05/2023 à 19:25, 'Bruno a dit :

Normalement, on appelle ça la vitesse de récession. Le calcul est juste. Mais il faut comprendre que cette vitesse traduit un éloignement qui est dû à l'expansion de l'espace, pas à un véritable déplacement dans l'espace.

 

J'ai l'impression que ce n'est qu'une histoire de référentiel...

Quand la banquise se disloque en petit morceaux, les ours polaires sur les blocs en question, qui s'éloignent de plus en plus, doivent-ils considérer qu'ils s'éloignent les uns des autres, ou que leur espace (la banquise) est en train de s'étirer ?

['Bruno]

Ils s'éloignent les uns des autres : aucun espace ne se crée entre eux, ils se déplacent dans un espace pré-existant (pas la banquise, mais une portion de l'espace de l'univers). La banquise ne se disloque pas parce que de l'espace se crée dans les interstices, mais parce qu'il fait chaud, ce qui fait fondre partiellement la banquise en agrandissant les interstices. L'éloignement des morceaux, et des ours qui sont dessus, est une conséquence de leur déplacement, dû aux courants marins qui les poussent dans telle ou telle direction.

 

L'éloignement des galaxies est une conséquence directe de l'agrandissement de l'espace. Même immobiles, les galaxies s'éloignent.

[Alhajoth]

Il y a 11 heures, 'Bruno a dit :

Ils s'éloignent les uns des autres : aucun espace ne se crée entre eux, ils se déplacent dans un espace pré-existant (pas la banquise, mais une portion de l'espace de l'univers). La banquise ne se disloque pas parce que de l'espace se crée dans les interstices, mais parce qu'il fait chaud, ce qui fait fondre partiellement la banquise en agrandissant les interstices. L'éloignement des morceaux, et des ours qui sont dessus, est une conséquence de leur déplacement, dû aux courants marins qui les poussent dans telle ou telle direction.

 

Je suis bien d'accord. Ils s'éloignent, et le distance augmente. Mais l'espace dans lequel ils s'éloignent (la surface terrestre) ne s'agrandit pas. Ce repère est fixe. Il y a donc un déplacement dans cet espace.

 

D'ailleurs, quand l'univers se dilate, cela implique-t-il que la Terre se dilate ?

Dans le cake au raison qui se gonfle, les raisins gonflent-t-ils ?

 

Car il ne faut pas oublier que m est défini comme le 40 millionième de la circonférence du raisin secs.

Si les raisins secs s'éloignent les uns des autres, il me semble que la distance qui les sépare augmente, même si le cake qui le contient se dilate.

Modifié 29 août 2023 par Alhajoth

['Bruno]

Il y a 14 heures, Alhajoth a dit :

D'ailleurs, quand l'univers se dilate, cela implique-t-il que la Terre se dilate ?

 

Non parce que les forces de cohésion des molécules l'emportent sur la dilatation de l'espace (qui est très lente : 7 % par milliard d'années).

 

Il y a 15 heures, Alhajoth a dit :

Si les raisins secs s'éloignent les uns des autres, il me semble que la distance qui les sépare augmente, même si le cake qui le contient se dilate.

 

J'aurais dit : la distance qui les sépare augmente, parce que le cake qui le contient se dilate.

[Alhajoth]

il y a 11 minutes, 'Bruno a dit :

Non parce que les forces de cohésion des molécules l'emportent sur la dilatation de l'espace (qui est très lente : 7 % par milliard d'années).

 

OK. Donc, si ton espace topologique est celui qui a servi à définir le mètre, les astres s'éloignent les uns des autres dans cet espace, même s'ils sont fixes dans l'espace-temps (mouvement propre mis à part).

Je dis ça par rapport à ton propos que j'ai cité dans ma première intervention.

['Bruno]

Oui, c'est comme ça que je comprends le truc. Ils sont fixes dans l'espace, mouvement propre mis à part : il me semble que c'est bien ça.