Galaxies s'éloignant plus vite que la vitesse de la lumière : depuis quand ?

[invite62588872]

Bonjour !

depuis plusieurs années je suis avec grand intérêt les cours de cosmologie et d'astrophysique donnés par The Teaching Company (de la très très bonne vulgarisation), merveilleux. Evidemment ces cours entraînent quelques questions..

On sait qu'actuellement une bonne partie des corps de l'univers s'éloignent de nous plus vite que la vitesse de la lumière. Et si je comprends bien, ils ne se déplacent pas plus vite que la vitesse de la lumière, mais étant donné qu'ils sont forts éloignés de nous, et qu'en chaque point de l'espace qui nous sépare de ces corps, de l'espace se "crée" sous l'effet de ce que l'on appelle actuellement "énergie noire".. Et qu'il y a plus d'espace (de distance additionnelle à parcourir pour les photons donc) qui se crée entre nous et ces corps, que la lumière a le temps de parcourir.. Nous ne les verrons donc probablement jamais.

La question que je me pose est : depuis quand existe-t-il dans l'univers au moins deux points qui ne se "verront" jamais ? Depuis la période d'inflation qui a eu lieu juste après le big-bang ? Ou depuis 340 000 ans après le big bang ? Ou plus tard ?

Je peux donner plus de détails à ma question si celle-ci n'est pas claire ! Je pense que la réponse est "depuis quelques nanosecondes après le big-bang, car l'inflation a vraiment été "hardcore" niveau répulsion.. Mais je suis loin d'être certain de penser juste

Merci d'avance pour vos renseignements !

Nils
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[papy-alain]

Selon le modèle cosmologique standard, dés le début de l'inflation, c'est à dire au moment du temps de Planck.

[Gloubiscrapule]

de l'espace se "crée" sous l'effet de ce que l'on appelle actuellement "énergie noire"..

L'expansion "créé" de l'espace, l'énergie noire ne fait qu'accélérer l'expansion.

Et qu'il y a plus d'espace (de distance additionnelle à parcourir pour les photons donc) qui se crée entre nous et ces corps, que la lumière a le temps de parcourir.. Nous ne les verrons donc probablement jamais.

Une vitesse d'éloignement supérieure à c dans un univers en expansion, n'implique pas forcément qu'on ne les verra jamais. La vitesse d'éloignement dépend de la distance et du taux d'expansion (qui dépend de l'époque). Et 2 distances peuvent être considérées: celle à l'émission (quand les photons partent) et celle à la réception (quand les photons arrivent).

Si on considère la distance réception, c'est la distance qu'ont les objets ACTUELLEMENT. Dans ce cas tous ceux qui ont un redshift supérieur à 1,4 (age de l'univers inférieur à 6 milliards d'années) s'éloignent actuellement plus vite que la lumière.
Si on considère la distance à l'émission, c'est à dire la distance qu'avaient les objets au moment où ils émettent la lumière qu'on reçoit, tous les objets avec un redshift supérieur à 2 (age de l'univers inférieur à 3 milliards d'années) s'éloignait au moment de l'émission plus vite que la lumière.

Et des objets avec un tel redshift on en voit plein. Par exemple le plus lointain est le fond diffus cosmologique (CMB) avec un redshift de 1100, qui s'éloigne actuellement à 3,3 fois la vitesse de la lumière et qui s'éloignait au moment de l'émission à plus de 50 fois la vitesse de la lumière.
Les plus lointaines galaxies qu'on observe (redshift de 8) s'éloignait à l'émission à plus de 3 fois, et aujourd'hui (à la réception) à plus de 2 fois.

Bref ça n'empêche pas de les observer, car ce qui compte c'est que l'expansion ralentissent suffisamment sur le temps de trajet pour que les photons puissent nous arriver.

La question que je me pose est : depuis quand existe-t-il dans l'univers au moins deux points qui ne se "verront" jamais ?

Dans un univers avec seulement de la matière et de la lumière, la réponse est JAMAIS. C'est à dire que tous les points de l'univers (aussi grand soit-il) se verront un jour. C'est parce que dans un tel univers l'expansion ralentit indéfiniment, et donc les photons pourront arriver partout.

Par contre, la présence de l'énergie sombre, en accélérant l'univers, ne permettra pas à tous les points de se voir. Il existera alors une limite de visibilité, un horizon, qui séparera les points qui ont pu ou pourront se voir, des points qui ne se verront jamais. Si l'univers est plus petit que cette limite, tous les points se verront, s'il est plus grand, alors depuis TOUJOURS il existe des points qui ne se verront jamais.

[invite62588872]

Hello,

Gloubiscrapule je suis un peu perturbé par les explications intermédiaires (notamment car l'expansion réaccélère depuis +- 4 milliards d'années donc je ne comprends pas vraiment pour être honnête hehe) mais merci beaucoup à toi et à Papy pour la réponse à ma question !!

Et des objets avec un tel redshift on en voit plein. Par exemple le plus lointain est le fond diffus cosmologique (CMB) avec un redshift de 1100, qui s'éloigne actuellement à 3,3 fois la vitesse de la lumière et qui s'éloignait au moment de l'émission à plus de 50 fois la vitesse de la lumière.

J'ai du mal là-dessus
Je ne comprends pas vraiment comment on peut encore le voir actuellement si il s'éloignait à 50c au moment de l'émission et s'il s'éloigne actuellement toujours à une vitesse supérieure à c. Serait-ce car les photons qui ont été envoyés dans notre direction ont atteint une "zone" où l'éloignement est inférieur à c (du au fait que pendant plus de la moitié de l'existence de l'univers, l'expansion a ralenti ce qui aurait donc créé de telles zones?),
Ou je n'ai absolument rien pigé à ce propos ? ahah.

Désolé pour mon manque de connaissances Mais c'est passionnant.


Merciiiii

Edit : au fond je suis complètement perdu par rapport au CMB, sa vitesse au moment de l'émission et sa vitesse actuelle - la "soupe de particules" qu'on voit dans le CMB n'existe plus à l'heure actuelle, donc que veut-on dire quand on dit qu'il s'éloigne actuellement à une vitesse de 3c ? ;O

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gloubiscrapule]

Je ne comprends pas vraiment comment on peut encore le voir actuellement si il s'éloignait à 50c au moment de l'émission et s'il s'éloigne actuellement toujours à une vitesse supérieure à c.

Ce qu'il faut bien comprendre c'est que la vitesse d'éloignement v de deux points de l'univers dépend de 2 paramètres: la distance d et le paramètre de Hubble H (ou taux d'expansion) par la formule v=Hd. Or H dépend du temps, autrement dit de l'époque, il était bien élevé dans le passé et vaut aujourd'hui la constante de Hubble 71 km/s/Mpc (voir graphe ci-dessous).

Une fois que le CMB est émis et que les photons partent, la zone qui les as émis s'éloignent donc à 50c, mais comme l'expansion ralentit plus vite que la distance augmente par l'expansion, aujourd'hui la zone ne s'éloigne plus qu'à 3,3 c environ. Ceci est valable pour la zone qui a émis les photons, qui ne se déplacent pas par rapport à nous autrement que par l'expansion.

Mais pour les photons, eux se déplacent localement à c dans notre direction, donc la distance qui nous éloignent des photons est la combinaison de 2 processus: la distance tend à diminuer car les photons se déplacent vers nous, et la distance tend à augmenter car il y a expansion. Au départ les photons s'éloignent donc de nous à 50c - c = 49c. Mais comme l'expansion ralentit, l'augmentation de distance par l'expansion devient de moins en moins important, jusqu'au moment où les photons finissent par compenser l'expansion et à gagner du terrain, ils sont grosso modo "immobile" par rapport à nous quand l'expansion les éloigne à c. Puis ils finissent par se rapprocher, jusqu'à nous atteindre.

Donc même si des zones de l'espace s'éloignent à plus de c (comme le CMB par exemple), ça n'empêche pas de recevoir des photons dans un univers en expansion.

Serait-ce car les photons qui ont été envoyés dans notre direction ont atteint une "zone" où l'éloignement est inférieur à c (du au fait que pendant plus de la moitié de l'existence de l'univers, l'expansion a ralenti ce qui aurait donc créé de telles zones?),

Oui c'est ça. Sauf que même quand l'univers accélère, le taux d'expansion diminue encore un peu jusqu'à devenir constant comme sur le graphe ci dessous. A partir du moment où le taux d'expansion décroit moins vite qu'avant, il y a accélération de l'expansion, même s'il décroit toujours. L'accélération concerne l'évolution de la distance avec le temps.



Tu vois que le taux d'expansion tend vers une constante dans le futur. Ce qui impliquera que tout ce qui s'éloignera à plus de c nous sera à jamais invisible car l'expansion ne ralentira pas.

Désolé pour mon manque de connaissances Mais c'est passionnant.

C'est pour ça qu'il y a ce forum...

Edit : au fond je suis complètement perdu par rapport au CMB, sa vitesse au moment de l'émission et sa vitesse actuelle - la "soupe de particules" qu'on voit dans le CMB n'existe plus à l'heure actuelle, donc que veut-on dire quand on dit qu'il s'éloigne actuellement à une vitesse de 3c ? ;O

Oui c'est juste, je parle de la "zone" qui a émis le CMB à l'époque. La soupe va donner naissance aux galaxies etc... qui s'éloignent actuellement à 3,3c.

[invite62588872]

Hahaaaaaah ! Je comprends déjà mieux mais pas entièrement !

Je relirai ça tranquillement chez moi (ici je n'ai pas accès à l'image).

Merci

[Scientist_75]

Hello !

J'me posais une question par rapport aux galaxies lointaine qui s'éloignent de nous plus vite que la vitesse de la lumière en raison de l'énergie noire et de l'expansion.

Si la vitesse de ces galaxies est supérieure à la vitesse de la lumière, ça veut dire qu'ils remontent le temps non ? Parce que d'après la formule de Lorentz, plus on se déplace vite, plus le temps ralenti et quand on dépasse la vitesse de la lumière alors on remonte le temps. Donc les galaxies remontent le temps, non ?

[phys4]

Si la vitesse de ces galaxies est supérieure à la vitesse de la lumière, ça veut dire qu'ils remontent le temps non ? Parce que d'après la formule de Lorentz, plus on se déplace vite, plus le temps ralenti et quand on dépasse la vitesse de la lumière alors on remonte le temps. Donc les galaxies remontent le temps, non ?

Bonjour, il y a souvent confusion entre les vitesses.
La vitesse relative des galaxies indiquée ici n'est pas la vraie vitesse au sens usuel et qui doit toujours être mesurable. C'est une vitesse déduite de la somme des vitesses relative de proche en proche, or l'addition des vitesses doit se faire par la loi de composition, si on ne l'utilise pas, on obtient une autre quantité qui s'appelle la rapidité.
Cette quantité peut tendre vers l'infini.
La confusion entre ces deux définitions de vitesse est courante chez les astrophysiciens.

[invite06459106]

...plus on se déplace vite, plus le temps ralenti

Non.

... quand on dépasse la vitesse de la lumière alors on remonte le temps.

Non.

[souadphil]

Prenons la galaxie la plus lointaine découverte par Hubble à 13,4 Milliards d'Années lumières de la terre. Comme l'univers était un point au moment du Big-bang, il y a 15 milliards d'années, cela veut dire que la matière qui nous constitue était proche de la matière de cette galaxie, il y a 15 milliards d'années. Mais l'image que nous voyons de cette galaxie est vieille de 13,4 milliard d'année. La matière qui la constitue a donc mis grâce à l'expansion de l'univers (15-13,4)= 1,6 milliard d'année pour s'éloigner de 13,4MAL. La vitesse moyenne d'éloignement de cette galaxie est donc 10 fois la vitesse de la lumière pendant ces premiers 1,6Milliards d'année. Je ne sais pas ce qu'on dira quand on verra des galaxies encore plus lointaines. Bien-sûr si on croit au Big-bang, car pourquoi y aurait-il eu un début? ha c'est vrai, parce que l'univers serait en expansion!

[Lansberg]

Bonsoir,

Prenons la galaxie la plus lointaine découverte par Hubble à 13,4 Milliards d'Années lumières de la terre.

Confusion entre distance et temps de voyage de la lumière .
La lumière que nous recevons actuellement en provenance de cette galaxie a voyagé pendant 13,4 milliards d'années. On ne peut pas pour autant en conclure que la distance qui nous sépare de cette galaxie est de 13,4 Mal. La notion de distance entre les galaxies (qui ne sont pas liées gravitationnellement mais qui s'éloignent les unes des autres à cause de l'expansion) est plus complexe.
Lorsque la lumière partait de cette galaxie, la distance qui nous en séparait était de l'ordre de 2,7 milliard d'a.l (c'est ce qu'on appelle la distance angulaire) et nous la voyons telle qu'elle était au moment de l'émission de cette lumière c'est à dire il y a 13,4 milliards d'années. On peut calculer la distance "actuelle" de cette galaxie qui est d'environ 32 milliards d'a.l (distance comobile). Ces calculs de distance sont basés sur le modèle d'univers LambdaCDM qui est celui retenu actuellement.

La galaxie en question nous a toujours fui avec une vitesse supérieure à celle de la lumière.

[souadphil]

A oui, donc, cette galaxie est encore plus éloignée de nous, 32 milliards d'AL au lieu de 13,4 et l'expansion est encore plus rapide que ce que je croyais. Ceci parce que la galaxie voyage plus vite que la lumière qu'elle émet à cause de l'expansion de l'univers? Je continue à trouver cela encore plus inconcevable mais merci de votre intérêt à ces questions.

[souadphil]

Oui, c'est surtout parce que comme vous le disiez, cette galaxie continue à s'éloigner, depuis ces 13,4 MAL?

[souadphil]

Du coup qu'en est-il de la taille de l'univers, voir de quand date ce fameux big-bang, car je crois que tout cela est relié non?

[Lansberg]

On ne connaît pas la "taille" de l'univers. Il peut très bien être infini et l'avoir toujours été. La notion même de "taille" est piégeuse car on arrive vite à des représentations paradoxales.
Ce qui nous est accessible est l'univers observable. C'est une sphère limitée par les régions de l'espace pour lesquelles la lumière a eu le temps de nous arriver depuis "la naissance" de l'univers (temps cosmique = 0 ; cette échelle de temps posant aussi des problèmes de représentation quand on se rapproche de l'origine !!)..
L'univers observable est en gros limité par les régions qui ont émis le CMB (le rayonnement "fossile"). Ces régions sont maintenant à environ 46 Ga.l de nous et ont évolué pour donner des galaxies. C'est réciproque : d'éventuels observateurs, situés dans ces galaxies, voient notre galaxie sous la forme du CMB.

[zebular]

d'éventuels observateurs, situés dans ces galaxies, voient notre galaxie sous la forme du CMB.

C'est une interpretation que je n'osais pas faire,doutant de ma comprehension de l'expansion.ça enfonce un clou pour moi

[Tryss2]

Une image : Un élastique (l'univers) sur lequel se déplace une fourmi (un photon).

L'élastique fait 1m à l'instant t, et double de taille toutes les secondes. C'est à dire que sa longueur totale vérifie l'équation . La vitesse du bout de l’élastique est donc de

Une fourmi se déplace à vitesse constante c sur cet élastique, au bout de combien de temps arrivera t'elle au bout?

En se plaçant dans le référentiel du point de départ de la fourmi, la vitesse de la fourmi est alors



Ce qui se traduit en


La solution de cette équation est alors



Et x(t) = L(t) a donc pour solution :





Donc tant que la fourmi a une vitesse supérieure à (L= distance initiale, T = temps de doublement), elle atteindra le bout en un temps fini.

La fourmi qui se déplace à 1m/s mettra 1.7s pour atteindre le bout de l’élastique, celle qui se déplace à 0.7m/s mettra 6.7s, tandis qu'une fourmi qui se déplace à 0.6m/s ne l'atteindra jamais.


Notons que quand la fourmi qui se déplace localement à 1m/s arrive au bout, son point de départ s'éloigne d'elle à 3.3 fois sa vitesse locale

[souadphil]

Oui la vous parler d'une souris qui se déplace en m/s le long d'un fil élastique mimant l'expansion, (il en a été question récemment sur France culture), mais ici on parle de galaxie et de vitesses supérieures à celle de la lumière. Cela me laisse dubitatif. Apparemment pour l'astrophysicienne de l'émission tout collait parfaitement!

[JPL]

Parce que ce n’est pas la galaxie qui bouge mais l’espace qui nous sépare d’elle qui se dilate.