Lumières sur l'expansion et le rayonnement de fond

[Celime]

Bonjour à tous. Ceci est mon premier post. J'espère que vous ne m'en voudrez pas de poser des questions de débutant.

 

1. Comment peut-on affirmer que les galaxies s'éloignent les unes des autres le long de notre flèche du temps, si “regarder loin, c'est regarder tôt" ? Autrement dit , si plus loin on regarde, plus c'est vieux et plus il y a décalage vers le rouge, on devrait plutôt en conclure que l'univers s'est contracté. Non ?
2. Comment est-il possible que le rayonnement de fond à 3°K soit visible aujourd'hui alors que ce flash devait se déplacer à la vitesse limite de la lumière dans le vide, c.-à-d. plus vide que l'expansion de la matière. L'onde sphérique de ce flash ne nous concerne pas plus que le flash d'un photographe après une prise de vue. Non ?

[MKPanpan]

Bonjour,

 

Je vais tenter de répondre aux questions.

 

1.

On suppose que toutes les galaxies émettent dans les mêmes longueurs d'onde, puisqu'elles sont toutes composées d'étoiles et de nuages d'hydrogène et d'hélium (et un tout petit peu d'autres éléments.) Toutes les galaxies ont donc le même spectre lumineux global, ce qui se vérifie très bien pour les galaxies proches.

Les galaxies éloignées présentent également le même spectre mais chacune des raies est décalée dans les mêmes proportions vers le rouge, c'est à dire vers des longueurs d'onde plus grandes. Et ce décalage est d'autant plus grand que la galaxie étudiée est éloignée. 

On en a donc conclu que les ondes sont étirées pendant leur trajet. Et si une galaxie est 2 fois plus éloignée qu'une autre, son spectre sera 2 fois plus décalé vers le rouge, ce qui signifie que "l'étirement" est identique partout (imagine que tu étires une règle graduée, le trait 4cm va s'éloigner 2 fois plus vite de l'origine que le trait 2cm.)

Cela a été interprété comme une expansion de l'univers, plus exactement une expansion des dimensions de l'espace : les graduations s'écartent les unes des autres.

 

2.

Tu te crois le centre de l'Univers ? 😄

Tu pars du principe que l'on ne verrait plus le flash, car il s'est éloigné de nous, mais en fait, on voit le flash des zones qui étaient situées à 13,5 Gal (milliards d'années lumière) de nous (modulo les coefficients d'expansion de l'Univers). 

On croit souvent qu'au Big Bang, l'Univers était concentré en une toute petite dimension, c'est vrai par rapport à aujourd'hui, mais il était tout de même de taille infinie. Infini mais plus petit ... 🤔

L'espace-temps devait être replié sur lui-même, les graduations étaient plus serrées, et ne devait pas avoir la "forme" qu'on lui connaît aujourd'hui (c'est à dire en gros 3 dimensions orthogonales entre elles et une dimension de temps.) Certaines théories supposent même une dizaine de dimensions au total.

Bref, tout ça pour dire que le flash émis n'était pas émis d'un seul point mais de l'ensemble de l'univers primordial (pas au temps zéro d'ailleurs mais au moment du découplage matière-rayonnement) qui était déjà de taille infinie. On voit donc les remanences de ce flash qui a parcouru une certaine distance depuis, et on continuera à voir de la lumière qui est apparue encore plus loin au même moment.

[Celime]

Merci MKPanpan !

 

Pour le point 1) je suis d'accord. J'ai quand même un problème avec les notions 1) d'expansion de l'espace, versus 2) expansion de la métrique. Ce n'est pas la même chose.

 

Pour le point 2) j'ai quand même un doute car tous les photons ont dû fuir en ligne droite (sauf topologie particulière de l'espace avec des trajets courbes).

Un explication serait qu'au temps du flash de découplage, la vitesse d'expansion dépasse celle de la lumière puis ralentisse sous cette vitesse 'c' (expansion décroissante). Dans ces conditions, des photons éloignés de cette époque peuvent encore arriver à nous aujourd'hui.

 

Encore merci.

['Bruno]

MKPanpan a bien répondu, mais au cas où, je complète ses explications.

 

Le 27/01/2024 à 21:42, Celime a dit :

si plus loin on regarde, plus c'est vieux et plus il y a décalage vers le rouge, on devrait plutôt en conclure que l'univers s'est contracté.

L'univers se contracte lorsqu'on remonte le temps (vers le passé). Mais si le temps se déroule dans le bon sens (vers le futur), il se dilate.

 

Le 27/01/2024 à 21:42, Celime a dit :

Comment est-il possible que le rayonnement de fond à 3°K soit visible aujourd'hui alors que ce flash devait se déplacer à la vitesse limite de la lumière dans le vide, c.-à-d. plus vide que l'expansion de la matière.

Le truc que tu ne comprends pas, c'est que l'expansion n'a pas de vitesse. Ce n'est pas un truc qui se déplace. Par exemple ce sont pas des galaxies qui se déplacent. C'est juste l'espace qui gonfle. (L'expansion a un taux, actuellement de 7 % par milliard d'années. Toutes les (grandes) distances augmentent de 7 % par milliard d'année.)

 

Imagine, au temps du découplage, une portion de l'espace située à 1 Gal (milliard d'années-lumières) de notre galaxie. C'est une valeur au hasard. Cette portion de l'espace nous envoie des rayons lumineux. On s'attendrait à les recevoir 1 Ga (milliard d'années) plus tard. Sauf que l'espace se dilate entre temps. Ces rayons voyagent réellement à la vitesse (constante) de la lumière, mais la distance qu'ils ont à parcourir ne cesse de grandir, de sorte qu'ils ne nous atteignent qu'aujourd'hui.

 

Il existe même des portions de l'espace qui étaient si éloignées autrefois que leur lumière ne nous a toujours pas rejoint.

  

Le 27/01/2024 à 21:42, Celime a dit :

L'onde sphérique de ce flash ne nous concerne pas plus que le flash d'un photographe après une prise de vue. Non ?

Ça dépend de la distance du photographe. S'il était situé à des milliards d'années-lumières au temps du découplage, il est posssible que la lumière du flash ne nous ait toujours pas rejoint.

 

Tu n'as peut-être pas compris que le rayonnement à 3 K que l'on observe ne provient pas de tout l'univers, mais seulement des portions de l'univers qui étaient à une certaine distance précise telle que leur flash ne nous arrive qu'aujourd'hui. Demain, ce sera une autre portion de l'univers (située un jour-lumière plus loin).

 

[Celime]

Tout est plus clair à présent. En particulier j'apprend que la taille de l'univers était déjà suffisante pour que ce rayonnement à vitesse 'c' nous arrive encore aujourd'hui. 

 

Merci encore pour ces explications !

['Bruno]

il y a 9 minutes, Celime a dit :

la taille de l'univers était déjà suffisante pour que ce rayonnement à vitesse 'c' nous arrive encore aujourd'hui. 

Si le rayonnement n'arrive qu'aujourd'hui, c'est surtout parce que la taille de l'univers a considérablement augmenté entre temps. Le trajet à faire était peut-être petit au départ, mais il s'est rallongé en cours de route.