L’univers observable…

[Benjea07]

Bonjour à tous !

je cherche à comprendre une chose concernant l’univers observable. 
J’ai écouté plusieurs vidéos, lu le post « Distance , âge et expansion de l’univers » mais je ne pige toujours pas la chose suivante…

Pour bien comprendre mon sujet, j’aurais aimé partir de ma réflexion (si tant est que cette base soit bonne…). 
 

1)

Admettons que j’observe une étoile à 2 milliards d’années lumières. 
Cela veut dire qu’elle a émis cette lumière que j’observe il y a 2 milliards d’années…

Ou alors, dois-je comprendre que cette lumière émise il y a 2 milliards d’années a fait son chemin dans un univers en expansion et donc, qu’en réalité, elle a dû mettre plus de 2 milliards d’années à nous parvenir mais que les astrophysiciens déduise cette expansion pour déterminer l’époque d’émission…

2)

Avec l’expansion de l’Univers, cela implique qu’à ce jour, elle est bien au delà de cette distance de 2 milliards d’années lumières…

3) 

Pour autant, quelque soit sa distance actuelle, je ne vois pas la lumière de cette position actuelle puisqu’elle ne m’est pas encore parvenue…

Question:

Je ne comprends pas que l’on considère sa position actuelle comme faisant partie de l’Univers observable sous prétexte que j’ai son image s’il y a 2 milliards d’années…

C ’est ce que je déduis des explications qui indiquent que l’univers observable serait de 92 milliards d’années…

 

Merci de me faire bénéficier de vos lumières avant que vous ne soyez au delà de mon horizon cosmologique…

 

[MKPanpan]

Bonjour,

 

1) il faut comprendre ce que l'on appelle 2 milliards d'années lumière (Gal.) Si on observe une étoile à 2 Gal, cela signifie que la lumière a été émise il y a 2 milliards d'années à 2 Gal de notre position. Mais entre temps, elle s'est éloignée de nous avec l'expansion de l'univers et donc elle est aujourd'hui en réalité à plus de 2 Gal. La constante de Hubble h0 permettra de calculer la position plus ou moins précisément (cette constante n'est pas parfaitement mesurée aujourd'hui.)

 

Edit : la lumière a été émise à 2 Gal il y a 2 milliards d'années, mais les longueurs d'onde émises ont été étirées par l'expansion de l'univers, ce qu'on appelle le redshift (ou décalage vers le rouge,) auquel s'ajoute un éventuel décalage lié au déplacement relatif entre les deux points (effet doppler.)

 

2) du coup, oui, cf au dessus

 

3) tout à fait, on observe TOUJOURS le passé, même en regardant le bout de son nez. Plus c'est loin dans l'espace, plus c'est loin dans le temps.

 

On observe en effet un univers de 93 Gal de diamètre (46,5 Gal dans chaque cône de visée ,) mais "seulement" environ 13,4 milliards d'années dans le passé (après la phase inflationniste. après que l'univers ait été suffisamment froid pour être transparent aux photons.)

Modifié 12 août 2023 par MKPanpan
Correction en fin de texte

[Benjea07]

Bonjour MKpanpan et merci pour l’explication. 
Je comprends très bien ceci:

 « On observe en effet un univers de 93 Gal de diamètre (46,5 Gal dans chaque cône de visée ,) mais "seulement" environ 13,4 milliards d'années dans le passé (après la phase inflationniste.)
 

Est ce exacte de dire alors que,

une étoile qui a émis sa lumière il y a 2 milliards d’années nous parvient dans un temps qui correspondent à :

le temps de déplacement qui sépare l’étoile de la terre à ce moment soit

2 gal + le temps mis à parcourir la distance rajoutée de l’expansion…?

Donc qu’il faut à la lumière émise par une  étoile il y a 2 milliards d’années, plus de 2gal pour nous parvenir ?

 

Je rajoute à cela que tu évoques avec ton « bout de nez » un concept qui m’est venu à l’esprit et que je vois évoqué pour la première fois…

c’est que nous ne percevons pas le présent…

Que nos sens sont toujours en retard sur l’événement qui a lieu. 
Je me regarde dans le miroir, la lumière du soleil qui se pose sur moi, se réfléchit jusqu’au miroir puis se réfléchit à nouveau jusqu’à mon œil qui envoie l’information à mon cerveau, fait qu’il y a un décalage entre mon constat d’observation et l’émission initiale de la chose observée. 
Certes la différence est minime mais elle existe et fait que nous n’observons pas le présent. 
Il en va de même des autres sens. 
Et de s’intéresser aux méthodes méditatives ( dans mon expérience le zazen) pour appréhender une « connaissance » dans sa réalité instantanée…

😉

 

 

[MKPanpan]

Non non, ce que j'ai dit, c'est qu'une étoile située à 2 Gal émet une lumière qui mettra 2 milliards d'années lumière à nous parvenir, donc on la voit éloignée de 2 Gal, mais entre temps, elle s'est éloignée, mais ça on ne pourra l'observer que dans 2 milliards d'années a nouveau.

 

Petit schéma peut être :

soit t=0 : maintenant

t=-2 Giga années : une étoile située à 2 Gal de la Terre émet un photon qui se déplace à v=c

t=0 : le photon arrive sur notre œil, on observe l'étoile telle qu'elle était il y a 2 Giga années, elle paraît être située à 2 Gal

Au même moment : l'étoile est située à 2 Gal + x (x étant l'éloignement induit par l'expansion de l'univers.) Cette étoile émet un autre photon qui se déplace toujours à c.

t=+2 Giga années + x : notre œil reçoit le deuxième photon. L'étoile est située à 2 Gal + x + x' (éloignement supplémentaire) ...

 

Edit : c est invariable, même si l'univers s'est étendu entre t-2 G années et t0, en réalité, la distance parcourue ne varie pas, c'est l'espace qui s'est dilaté : un millimètre d'aujourd'hui est plus grand qu'un millimètre d'il y a 2 G années. C'est pour cela qu'il y a un redshift. C'est un des paradoxe (en tout cas pour notre cerveau et nos habitudes de représentation de l'espace-temps) de la relativité restreinte.

 

Quant au fait de toujours voir le passé, petite réflexion supplémentaire  : le photon qui vient du bout du nez met environ 0,2 nano (2x10^-10) secondes pour arriver à notre oeil, mais le temps que la rétine transforme le message lumineux en information électrique, que l'info électrique se transmette au cortex visuel, et que le cerveau interprète la vision, il faut un temps de l'ordre de la seconde. Notre vision est bien plus "lente" sur la vitesse de la lumière 🤯

Modifié 12 août 2023 par MKPanpan
correction : t= + 2 G années "+ x"

[Benjea07]

La je suis largué. 
j’ai écouté la vidéo suivante qui explique à 5mn45 que la lumière peut être amenée à nager à contre courant de l’expansion.  Donc que cela influe sur la longueur de son parcours. 
La vidéo

donc je reformule. 
un photon part d’une étoile situé il y a 2 milliards d’années à 2 Gla. 
Si l’univers est statique, le photon met 2 milliards d’année à me parvenir. 
Si l’Univers est en expansion, la distance s’accroît et impacte donc la longueur du chemin à parcourir pour le photon et donc il lui faut plus de temps pour me parvenir…

Donc plus de 2 milliards d’années…

Pour le graphique mon système de raisonnement n’est pas très scientifique et j’ai du mal à comprendre désolé. 

[MKPanpan]

Selon la relativité restreinte, la vitesse de la lumière est la même, quelque soit l'observateur. Là, tu te places à l'extérieur du système, et tu vois à la fois l'étoile qui émet, et l’œil qui reçoit. Curieusement (en tout cas pour notre cerveau, la théorie, elle, est très claire,) si tu te places du point de vue de l’œil qui reçoit le photon, tu ne verras pas la même chose. En tout cas, l'évènement "le photon atteint l’œil" n'est pas simultané dans les deux points de vue.

 

 

Petit exemple pour illustrer la relativité restreinte, c'est une vraie gymnastique pour notre cerveau 🙃

 

Imaginons que l'on est dans un TGV qui se déplace à 300km/h. Un individu part du fond du train vers l'avant et court à 10 km/h. Si une vache dans un pré regarde passer le train et observe l'individu courir, elle le verra se déplacer à 310km/h par rapport à elle-même.

Imaginons ensuite qu'EDF a développé les centrales à fusion pouvant développer une énergie énorme et que les TTGV (trains à très grande vitesse) sont capables d'aller à 3.000 km/s. Une ampoule est allumée à t0 au fond du train qui fait 300 km de long. Selon le conducteur situé à l'avant du train (oui, il y en a toujours un, malgré les énormes progrès techniques supposés dans cet exemple, il a intérêt à avoir des réflexes 🤢,) il verra l'ampoule s'allumer t = d/v = d/c = 300/300.000 = 1 milliseconde plus tard.

Selon la vache, entre t0 et t=1 ms, la lumière aurait parcouru "longueur du train" + ("déplacement du train pendant 1 ms") = 300km + v x t = 300km + 3.000x10^-3 = 303 km. Mais cela voudrait dire que la lumière aurait été à la vitesse de 303.000 km/s, ce qui est impossible selon la relativité restreinte. Du coup, pour la vache, elle voit le conducteur être éclairé par l'ampoule après une durée supérieure à 1 milliseconde. Il n'y a pas de simultanéité de l'évènement "photon qui arrive sur le conducteur" selon le point de vue de ce conducteur et celui de la vache.

En fait, ce phénomène a été expliqué par une dilatation du temps et une contraction de l'espace dans la direction du mouvement du photon (axe du train,) mais pas dans les directions orthogonales (la direction de la vision de la vache par rapport à la direction du train.)

 

Pour en revenir à ton exemple, imagine une étoile qui s'allume à 13,8 Gal de nous, au moment du Big Bang il y a 13,8 G années (on néglige l'opacité de l'Univers et d'autres éléments dans cet exemple.) Comment le photon pourrait-il mettre plus de 13,8 G années pour nous parvenir, c'est à dire avant le début du temps ? Si tu te places du point de vue d'un terrien, le photon a mis 13,8 G années pour arriver. Si tu te places dans un point de vue extérieur, sur un axe orthogonal à l'axe étoile-Terre, il faudra attendre environ (Edit) bien plus longtemps pour observer le photon faire le trajet 🤯

Modifié 12 août 2023 par MKPanpan
précisions et correction d'erreurs de calcul

[MKPanpan]

Bon, il y a pas mal de nuances à apporter à mon propos, il y a beaucoup de facteurs à prendre en compte, il faut que je prenne le temps de poser tout cela plus complètement. Ou quelqu'un d'autre qui passerait 😉par ici.

 

En attendant, pour se documenter :

http://atunivers.free.fr/universe/redshift.html

Modifié 12 août 2023 par MKPanpan

[MKPanpan]

Reprenons un peu 😅

 

Ce que j'ai écrit sur la relativité restreinte n'est pas faux, mais ce n'est pas l'explication à la question. C'est surtout pour illustrer que, en fonction du point de vue, on n'aura pas les mêmes résultats.

 

Quand on parle d'observer un objet à 2 Gal, en général, on fait référence au temps, donc à la durée de voyage du photon. On observe bien l'objet tel qu'il était il y a 2 milliards d'années, durée de trajet de la lumière émise. A courte distance, (<1~2 Gal,) on est plus ou moins à la distance réelle, ou distance physique (que l'on mesurerait instantanément avec une très grande règle.)

 

Au delà, l'expansion de l'Univers se fait en effet ressentir, la distance physique deviendra la distance comobile, car elle évolue avec le temps. On va en général utiliser plutôt le parsec comme unité de distance, et ses multiples. 2 Gal vaut  environ 0,613 Gpc dans un univers statique. Mais à très grande distance, en prenant en compte notre Univers en expansion et la valeur de la constante de Hubble admise aujourd'hui, un objet qui a envoyé un photon il y a 2 G années serait à environ 0,630 Gpc au moment où il l'a envoyé. Le photon a bien voyagé pendant 2 G années, mais les distances étaient plus courtes alors (1 km d'aujourd'hui mesurait à l'époque ~973 m.) Il n'y a pas de contradiction, la lumière a été à la bonne vitesse, c'est les graduations sur la règle qui se sont allongées.

On peut dire qu'en temps, l'étoile était située à 2 Gal de nous, et qu'en distance, elle était située à 0,630 Gpc. 2 Gal correspond à la distance propre du déplacement des photons. 0,630 Gpc correspond à la distance comobile physique et est plus grande que la distance comobile est de 0,613 Gpc.

 

On peut aussi calculer que la luminosité de l'objet paraît être celle d'un objet situé beaucoup plus loin, et que sa taille apparente paraît être celle d'un objet beaucoup plus proche que s'il n'y avait pas d'expansion.

 

A plus grande échelle encore, 13 Gal correspond à près de 4 Gpc en univers statique, mais 8,75 Gpc dans notre Univers en expansion. Le rapport n'est pas linéaire car l'expansion de l'Univers n'est pas constante : elle a ralentit, et maintenant semble accélérer, ce qui ne va pas arranger les calculs dans les milliards d'années à venir 🤓

Modifié 12 août 2023 par MKPanpan
Correction distances physique et comobile

['Bruno]

Je vais essayer d'expliquer ça...

 

Quand on observe une galaxie située à deux milliards d'années-lumières (2 Gal), c'est-à-dire dont la lumière a mis 2 milliards d'années (2 Ga) pour nous parvenir, alors forcément :

− Il y a 2 Gal, lorsque la galaxie a émis la lumière que nous recevons, elle était située à une distance plus faible que 2 Gal car, entre temps, l'expansion l'a éloignée.

− Aujourd'hui, lorsque nous recevons sa lumière, elle est plus éloignée que 2 Gal.

 

La distance de 2 Mal est une distance d'espace-temps, pas seulement d'espace : c'est une distance entre deux objets qui ont une coordonnée spatiale et une coordonnée temporelle différentes : ces deux objets ne sont pas au même endroit, et pas au même temps.

 

Mais, si on veut, on peut calculer la distance spatiale entre la galaxie lointaine et nous il y a 2 Ga, lorsqu'elle a émis la lumière que nous recevons (elle est plus courte), ainsi que la distance spatiale entre la galaxie et nous au présent (elle est plus longue). Ce sont deux autres distances, le calcul est compliqué (il dépend des paramètres de l'univers).

 

Pour approfondir : http://atunivers.free.fr/universe/redshift.html

[Bill24]

il y a une heure, &#x27;Bruno a dit :

Ce sont deux autres distances, le calcul est compliqué (il dépend des paramètres de l'univers).

En particulier du facteur d'échelle a(t) qui dépend du modèle cosmologique.

Ainsi, pour éviter les noeuds au cerveau, pour tout ce qui est "loin" de nous, au lieu de distance physique ou co-mobile, on parle plus volontiers de décalage vers le rouge (redshift) qui a l'avantage d'être directement mesurable.

[Benjea07]

Merci pour ces réponses. 
Entre le retour de vacances de la famille et l’anniversaire de la fillote , je n’ai pas le temps de me concentrer sur tout ça mais dès que j’ai une minute, je viens me

refaire des noeuds au cerveau…

[Benjea07]

Bon,

j’avoue ne pas avoir encore tout compris de vos généreuses explications. 
Il faut vraiment que je me fasse une représentation graphique pour tâcher de comprendre. 
En attendant de m’y atteler, je viens de chercher un simulateur sur le net et je trouve cela:      

Et ce que je constate, c’est que la distance parcourue par la lumière est bien supérieur à la distance de séparation de la galaxie et de la terre au moment de l’émission, ce que j’évoquais et qui ne semble pourtant ne pas être la bonne analyse…

j’y perd mon latinus…

Mais je vais encore potasser vos explications. 

[Benjea07]

je trouve également en page 5 de  ce document  une explication qui confirme ce rapport de distance…

[Benjea07]

Je n’ai pas la possibilité de modifier mes post…. (Pas possible sur mobile??)

je rajoute que je viens de relire  l’explication de Bruno qui va dans le sens de ma compréhension, j’avance 😉:

 « 

Quand on observe une galaxie située à deux milliards d'années-lumières (2 Gal), c'est-à-dire dont la lumière a mis 2 milliards d'années (2 Ga) pour nous parvenir, alors forcément :

− Il y a 2 Gal, lorsque la galaxie a émis la lumière que nous recevons, elle était située à une distance plus faible que 2 Gal car, entre temps, l'expansion l'a éloignée.

− Aujourd'hui, lorsque nous recevons sa lumière, elle est plus éloignée que 2 Gal. »