Rayonnement fossile

[Damso]

Bonjour,

 

J'essaie de comprendre pourquoi la lumière du rayonnement fossile n'a pu apparaitre qu'à 3000 K.

 

1- j'ai lu qu'au dessus de 3000K, le plasma d' électrons absorbait les photons.

Mais la surface du soleil est à 6000K environ, et pourtant il fait jour!

La pression est-elle le deuxième facteur qui empècherait l'emission des photons visibles?

 

2-La deuxième et non moins concomitante explication, est la vitesse de libération nécessaire à l'échappement des photons qui ne serait pas atteinte.

Est-ce à dire que ce serait le même phénomène que pour les trous noirs?

Les premiers instants (3 à 400 000 ans) de l'univers courberaient-ils l'espace de manière analogue aux trous noirs?

 

Good day

[Dom de Savoie]

Bonjour,

 

Un photon émis au cœur du soleil va mettre quelques dizaines ou centaines de milliers d'années avant de sortir. En fait ce n'est pas le photon initial qui ressort. La réaction de fusion thermonucléaire va induire la production de rayonnements gamma de haute énergie qui vont être immédiatement absorbés puis ré-émis à plus basse énergie et ainsi de suite jusqu'à la surface du Soleil.

 

Les neutrinos par contre ressortent directement sans pratiquement interagir, tout comme dans le cas du rayonnement de fond cosmologique pour lequel le découplage des neutrinos a eu lieu bien avant celui des photons.

 

A+,

 

Dominique

[Jeff Hawke]

Mais la surface du soleil est à 6000K environ, et pourtant il fait jour!

La pression est-elle le deuxième facteur qui empècherait l'emission des photons visibles?

Je pense plutôt à la densité. Le Soleil n'est pas dense, les photons peuvent passer... Alors que l'Univers âgé de quelques milliers d'années est une soupe épaisse et énergétique (un peu comme la soupe aux choux, mais en pire).

 

Est-ce à dire que ce serait le même phénomène que pour les trous noirs?

Les premiers instants (3 à 400 000 ans) de l'univers courberaient-ils l'espace de manière analogue aux trous noirs?

Rien à voir à mon avis. Les photons dans l'univers primordial n'ont pas à se "libérer", ils sont DANS l'univers. Celui-ci n'est pas un corps massif dans l'espace, mais il est l'espace-temps-matière...

[ChiCyg]

j'ai lu qu'au dessus de 3000K, le plasma d' électrons absorbait les photons.

Mais la surface du soleil est à 6000K environ, et pourtant il fait jour!

La pression est-elle le deuxième facteur qui empècherait l'emission des photons visibles?

Si un photon arrive dans notre oeil, c'est qu'il a pas été absorbé depuis son point d'émission par de la matière. Evident

 

Pour qu'un photon soit absorbé il faut qu'il rencontre de la matière qui soit capable de lui "pomper" son énergie. Les électrons libres (dans un plasma) ont une forte affinité pour les photons dont l'absorption les fait se déplacer plus rapidement. Ils sont donc capables d'absorber (plus ou moins) les photons de toutes les longueurs d'onde.

 

Lorsque la matière n'est plus ionisée (les électrons ont sagement rejoint les noyaux des atomes) les photons risquent moins d'être absorbés. Soit ils ont une énergie suffisante pour ioniser la matière et on est ramené au cas précédent, soit ils ne sont pas assez énergétiques pour ioniser les atomes et seules des longueurs d'onde précises (correspondant à des changements de niveaux électroniques) peuvent être absorbés : pour l'hydrogène séries de Lyman, Balmer, Paschen, ...

 

Dans le cas du soleil, seuls les photons émis à partir de la photosphère ont quelque chance d'arriver à notre oeil. En dessous, l'opacité est trop forte, ils sont tous absorbés.

 

A ce sujet, il est faux de dire que les photons mettent des milliers d'années pour sortir du soleil : un photon voyage à la vitesse de la lumière ! En dehors des quelques photons qui s'échappent de la photosphère la plupart sont constamment émis et absorbés à l'intérieur du soleil.

 

Pour le soleil, les photons visibles émis au bas de la photosphère vers 6500K ont en gros 1 chance sur 3 de nous arriver. Ceux émis 150 km plus haut ont plus de 90 % de chance de nous atteindre, mais la température n'est plus alors que de 5000 K. Il faut bien voir que la densité dans ces régions est très faible de l'ordre du dixième de microgramme par cm3. C'est pour cela que les photons survivent, ils ont relativement peu de chance de rencontrer de la matière qui puisse les absorber.

[Snark]

 

Lorsque la matière n'est plus ionisée (les électrons ont sagement rejoint les noyaux des atomes)

 

Pas les noyaux, mais les orbitales, ou tout simplement les atomes, mais c'est valable pour un ion+, pour un ion- il faut que l'atome perde un électron pour ne plus être ionisé.

[ChiCyg]

Pas les noyaux, mais les orbitales,

Les orbitales, tout de suite les gros mots Lorsqu'un atome s'ionise, c'est bien qu'un ou plusieurs électrons ne sont plus sous l'influence directe du champ électrique du noyau, qu'il deviennent libres, non ?

mais c'est valable pour un ion+, pour un ion- il faut que l'atome perde un électron pour ne plus être ionisé.

Ouais, mais pour que des ions négatifs existent il faut qu'il y ait des électrons libres donc des ions positifs ... D'autre part les ions négatifs dont le plus important est H- (un atome d'hydrogène ayant capturé un électron) interviennent dans l'infrarouge (parce que leur lien est ténu) et non pas dans le visible.

[ArthurDent]

Sans compter que dans le cas de l' hydrogène, vu la tronche de l' orbitale la plus stable, la probabilité théorique de "trouver" l' électron "dans" le noyau est loin d' être nulle.

J' ai remarqué que ChiCyg a une fâcheuse tendance à souvent avoir raison , quand il vulgarise de la physique. Sauf en relativité générale (et encore, faut se méfier).

[Snark]

Les orbitales, tout de suite les gros mots Lorsqu'un atome s'ionise, c'est bien qu'un ou plusieurs électrons ne sont plus sous l'influence directe du champ électrique du noyau, qu'il deviennent libres, non ?

Non, ça dépend du sens de l'ionisation: l'atome peut perdre un ou plusieurs électron (c'est ce que tu dis) , mais à l'opposé il peut aussi capturer des électrons qui deviennent excédentaires.

Mais la phrase que je reprenais était:

Envoyé par ChiCyg

Lorsque la matière n'est plus ionisée (les électrons ont sagement rejoint les noyaux des atomes)

dans laquelle je comprends que les électrons rejoignent les noyaux, pas l'influence des noyaux. Pour moi il fallait dire que les électrons rejoignaient l'atome, pas le noyau (pardon d'insister sur ce qui est peut-être une mauvaise compréhension de la phrase).

 

Or si comme le fait remarquer Arthur Dent en mécanique Q un électron peut se trouver à peu près n'importe où (à la distance terre-lune du noyau si on veut) les électrons et les nucléons sont quand même des fermions, soyons Pauli .

De plus l'onde de matière d'un électron dans un atome (calculée d'après son impulsion) est de l'ordre de la taille d'un atome, pas d'un noyau.

Et de plus , l'ionisation se fait sur la couche la plus éloignée du noyau (excepté pour les éléments les plus légers qui n'en n'ont qu'une), donc pas de danger que l'électron se retrouve dans le noyau à son retour.

[Bleu]

Pauli n'entre pas en jeu ici. Les électrons et les nucléons (ou même les quarks si on préfère) sont des particules distinguables qui n'obéissent pas au principe d'exclusion. Ce principe s'applique bien à des fermions, mais des fermions indistinguables.

 

Je pense que ce que voulait dire ArthurDent c'est que la densité de probabilité associée à l'état 1s de l'électron de l'atome d'hydrogène est non-nulle. Autrement dit on peut trouver l'électron dans le noyau. En fait c'est même l'endroit où la densité de probabilité est maximale :

 

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/HAtomOrbitals.png

[Snark]

Pauli n'entre pas en jeu ici. Les électrons et les nucléons (ou même les quarks si on préfère) sont des particules distinguables qui n'obéissent pas au principe d'exclusion. Ce principe s'applique bien à des fermions, mais des fermions indistinguables.

J'aurais dû y penser puisque des fermions différents n'ont pas la même masse.

 

Autrement dit on peut trouver l'électron dans le noyau. En fait c'est même l'endroit où la densité de probabilité est maximale :

 

Je dois avouer faire partie des fossiles de la physique, car avec cette histoire de densité volumique et de densité radiale, j'ai l'impression qu'on va se retrouver avec un noyau autour des électrons, car si ceux-ci peuvent se trouver au centre ce n'est pas le cas des nucléons, pour moi c'est le monde à l'envers.

Je préfère concevoir l'électron en orbite comme une onde stationnaire autour du noyau et forcément centrée sur lui.

[ChiCyg]

Snark, T'es trop compliqué , même une banale étoile comme notre brave soleil est suffisamment complexe, c'est pas la peine d'en rajouter. Pour faire la physique des atmosphères stellaires on ne gagne rien à regarder le détail des orbitales et tout le bazar.

 

Par exemple, dans le soleil au niveau de la photosphère il y a de l'ordre de 10^17 atomes au cm3 et 10^13 électrons au cm3, ce qui est très peu. Ca veut dire que la distance moyenne entre particules est d'une vingtaine de nanomètres et entre électrons et ions de l'ordre de 0,5 microns. Donc, en gros, soit un électron est libre et se balade à quelques dizaines ou centaines de nanomètres des atomes ou des ions positifs, soit il est "scotché" dans un espace de l'ordre du dixième de nanomètre autour du noyau. C'est ce que je voulais dire.

 

Tout ça est vite très compliqué parce que ce beau monde n'a de cesse de bouger frénétiquement, se rencontrer, se collisionner plus ou moins sévèrement. Y a des collisions entre atomes, entre atomes et ions, entre ions et électrons, entre atomes et électrons, ... Ces collisions ont, en particulier, de l'influence sur l'opacité.

 

C'est pour cela que lorsque la pression est plus élevée les raies sont larges (par exemple celles d'une naine). Les spectres permettent ainsi de distinguer les naines des géantes même si elles ont la même température ... super, non

 

Quant au rayonnement fossile, si on y réfléchit un peu c'est horriblement compliqué. Perso, je trouve complètement incroyable qu'il ait pile poil un spectre de corps noir. Y parait que c'est normal ...

[Snark]

C'est pour cela que lorsque la pression est plus élevée les raies sont larges (par exemple celles d'une naine). Les spectres permettent ainsi de distinguer les naines des géantes même si elles ont la même température ... super, non

 

 

Ben oui, c'est de la spectro et on retombe sur les orbitales

 

Pour le corps noir, c'est un truc qui m'ennuie depuis toujours, sans aucun racisme de ma part.