Je suis hermetique au fond diffus cosmologique.

[moijdikssékool]

Donc je ne vois pas a quel moment l'univers s'eteint ?

il "s'éteint" juste après avoir émis les photons coincés avant la recombinaison. Rappelles-toi, nous voyons dans le passé. Ce que nous voyons à 1Mdy, s'est déroulé à 1Mdy, c'est un peu une tautologie. Si nous ne voyons rien à 13.7Mdy, cela signifie, selon la théorie, que la matière n'est pas encore lumineuse comme le sont les étoiles. La matière n'est à l'époque que chaude, elle n'émet que dans l'infrarouge
Alors je reprends l'expression "l'Univers s'éteint" par "l'Univers n'émet plus de photons énergétiques, seulement dans l'infrarouge", pas spécialement visibles par nos télescopes, comme le précise Gilgamesh. En tout cas, la sensibilité sur ces émissions s'améliore et on devrait voir apparaître de grandes étendues chaudes, d'autant plus grandes et chaude que sera décalé la raie de l'hydrogène
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[Gilgamesh]

C'est la chronologie que je saisis mal. On nous dit qu'à l'age de 380.000ans l'univers est dense et chaud ~3000K. Ensuite on imagine que les "inegalités" primordiales servent de centre d'accretion pour la preliere generation d'astres. A priori de la matiere (Hydrogne He ?) en train de s'effonder vers un point, ca fait de la lumière, ca s'appelle une etoile ! Donc je ne vois pas a quel moment l'univers s'eteint ? Serait ce notre propre myopie ?

Mais ça prend du temps, voilà tout. Pour former un étoile il faut que le gaz soit suffisamment froid et on peut déterminer grosso-modo la température nécessaire pour former les premières étoiles, qui vont ré-ioniser le milieu.

On sait que la réionisation est achevée à z=6 (1 Gy), cela se mesure dans le spectre des quasars, et on pense qu'elle débute vers z=20 (150 My) avec de grosses incertitudes. On mesure également sur le CMB la profondeur optique de la diffusion Thomson (la diffusion d'un photon de faible énergie sur les électrons libres au repos libéré par la réionisation) τ =0.087 ± 0.017. Cela permet de mettre une contrainte supplémentaire sur l'époque où ça a débuté.

Bon, la mise en ordre de la chronologie précise de tout ça, c'est l'objectif de la prochaine décennie, mais en tout cas, il est évident qu'il y a une période de latence (=> âge sombre) entre le découplage et le début de la réionisation.

Time evolution of spatial fluctuations in the 21-cm brightness from just before the first stars formed through to the end of the reionization epoch. The lower panel shows a plausible evolution for the sky-averaged 21-cm brightness from the 'dark ages' to the end of reionization (Pritchard & Loeb 2012).
source

[Mailou75]

D'accord merci,

A quoi correspond le 2e creux "heating begins" stp ?

Merci

[Gilgamesh]

La courbe du bas représente la température de brillance Tb de la raie à 21 cm.

La raie correspond à une énergie de transition dite hyperfine, car elle concerne le même état 1S d'hydrogène neutre entre deux sous-états, l'un où les moments magnétiques de l'électron et du proton sont parallèles (état haut) et l'autre où ils sont antiparallèles (état bas). Le différentiel d'énergie entre les deux sous-état est minuscule ∆E = 5.9 × 10⁻⁶ eV, ce qui correspond à une radiation à λ=21.1 cm, ν=1420 MHz et à une température de rayonnement T* = 0.068 K.

On définit une température de spin Ts comme représentant l’état démographique des populations atomiques entre l'état haut et bas.

n1/n0 ~ exp(−T*/Ts)

n1 population 'en haut' (spins parallèles) et n0 population 'en bas' (spins antiparallèles)

Ce qui permet fondamentalement la détection du signal de 21 cm dépend de cette température de spin. Si cette température s'écarte de la température de fond (celle des photons du CMB) Tγ, un signal sera observable. Si Ts=Tγ alors Tb=0, pas de signal. Si Tγ>Ts alors Tb<0 ce qui correspond à un signal en absorption, si Tγ<Ts alors Tb>0 et on a un signal en émission.

On a également besoin de définir T, la température du gaz.

La séquence d'événements est complexe, elle dépend du ratio de ces trois températures, et ce qui suit est largement simplifié.

[Bien sur, on utilise les paramètres du modèle ΛCDM : Ω_m = 0.26, Ω_Λ = 0.74, Ω_b = 0.044, h=0.74. Pour modéliser la structuration de l'univers durant cette période, on considère que le spectre des fluctuations dans la répartition de matière aujourd'hui est σ = 0.8 à 8h^-1 Mpc.]


1100>z>200 : le milieu est encore chaud et dense, avec des électrons libres résiduels qui mettent le milieu a l'équilibre thermique avec le CMB ; du fait de la densité on est encore en régime collisionnel, la température de spin est alignée sur la température du milieu T, elle-même alignée sur la température du rayonnement (CMB). Ts=T=Tγ, donc Tb=0, pas de signal.

200>z>40 : le gaz refroidit adiabatiquement T ~ 1/(1+z)² et devient plus froid que le rayonnement de fond. Il y a encore assez de collision pour que Ts=T. Donc Tb<0 et on a un premier signal à 21 cm en absorption c'est la partie en bleu foncé sur le graphique du haut.

40>z>z* (on note z* le redshift où se forment les premières étoiles) : durant cet âge "le plus sombre de l'âge sombre", la densité a encore décru, les collisions ne sont pas assez nombreuses pour coupler Ts et T. Donc Ts se couple maintenant à la température de rayonnement. À nouveau Tb=0, pas de signal. C'est la partie noire entre les deux parties bleues.

z*>z>zα (on note zα le redshift où le rayonnement UV dit Lyman α des jeunes étoiles sature le milieu) : les premières sources stellaires sont apparu et déversent un flot UV (photon Lyα) et X. Cette source de chaleur réchauffe le gaz (heating begin) et réactive les processus de collisions. Ts se couple à nouveau à T et on s'attend à ce que la température du milieu reste inférieure à la température des photons. Ts ~ T < Tγ, donc Tb<0 et on a un signal en absorption. C'est la partie bleu clair dans le schéma du haut.

zα>z>zh (on note zh le redshift où le chauffage du milieu atteind la température du CMB) : le chauffage devient important et les fluctuations de la température du gaz engendrent des fluctuations de Tb. Là où T reste en dessous de Tγ, nous avons un signal en absorption, là où T dépasse Tγ, on commence à voir des régions en émission. Là où les températures s'égalisent, Ts=T=Tγ, Tb=0, pas de signal C'est la partie où les parties bleu et rouge se mélangent sur le fond noir dans le schéma.

zh>z>zT (on note zT le redshift où l'émission de la raie à 21 cm arrive à saturation) : dès lors la température du milieu dépasse celle du CMB. Ts ~ T >> Tγ donc Tb>0 et on a un signal en émission de plus en plus puissant, jusqu'à arriver à saturation. Car en même temps, ce flux UV-X ionise le gaz. La population des atomes neutres commence à disparaitre, et avec elle, le signal à 21 cm.

zT>z>zr (on note zr le redshift où s'acheve la réionisation) : la température est suffisemment importante pour assurer partout Ts=T,tandis que l'hydrogène ionisé prend le pas sur l'hydrogène neutre. L'émission à 21 cm est remplacé par l'émission de régions HII.

zr>z : la réionisation achevée, seule subsiste la raie a 21 cm des regions denses, qui en refroidissant redeviennent atomiques.

source : ce remarquable article de synthèse, dont je conseille bien sûr la lecture 21-cm cosmology in the 21st Century

[Mailou75]

Merci pour la réponse

C'est marrant, ça à l'air plein de suppositions et pourtant si verrouillé avec une précision diabolique !

[Gilgamesh]

Clairement, ce genre de travail théorique est motivé par la perspective de pouvoir valider ou invalider le scénario avec la batterie de grands instruments qu'on est en train d'aligner. Il est essentiel de savoir quelle intensité du signal rechercher et à quel redshift pour optimiser les choix scientifiques concernant le spectre en longueurs d'ondes observé et la sensibilité instrumentale à atteindre. On essaye de ne pas trop partir dans le brouillard quand on met sur pieds des collaborations internationales à plusieurs centaines de millions de dollars.

[Mailou75]

J'ai le sentiment qu'on a un peu le nez dans le guidon et qu'on cherche a verrouiller des details quand 95% du contenu de l'univers est d'origine inconnue. J'admire toutefois les efforts de precision dans la mesure qui seront utiles dans l'avenir. Kepker n'aurait rien trouvé sans les milliers de mesures de Ticho Brahé

[moijdikssékool]

reionisation.png

c'est bien une simulation de ce que l'on attend voir?

Si cette température s'écarte de la température de fond (celle des photons du CMB)

ah. On ne se fixe pas par rapport au décalage de la raie de l'hydrogène? Est-ce parceque la raie n'apparaît pas, superposée par un signal de même température? provenant du FDC ou d'une époque plus grande que l'époque étudiée?

21cm.png

donc, si je comprends bien, il n'y a 'pas de signal' entre z=30 et z* parcequ'il est inexploitable parceque brouillé par des signaux de même température. 'Pas de signal' = 'signal inexploitable'?

Cette source de chaleur réchauffe le gaz (heating begin)

pourquoi la luminosité chute?

Cette source de chaleur réchauffe le gaz ... on s'attend à ce que la température du milieu reste inférieure à la température des photons

comprends pas! ça a l'air contradictoire...

[Gilgamesh]

J'ai le sentiment qu'on a un peu le nez dans le guidon et qu'on cherche a verrouiller des details quand 95% du contenu de l'univers est d'origine inconnue. J'admire toutefois les efforts de precision dans la mesure qui seront utiles dans l'avenir. Kepker n'aurait rien trouvé sans les milliers de mesures de Ticho Brahé

* Kepler
*Tycho Brahe

La cosmologie vit actuellement un âge d'or, notamment parce qu'elle dispose de bonnes théories, à la fois locale (astrophysique stellaire) et gobale (relativité générale et modèle ΛCDM) et d'instruments de plus en plus puissant qui permettent une vision de plus en plus exhaustive et précise du cosmos.

Les 95% du contenu de l'univers que constituent Λ + CDM ne sont plus inconnus, précisément, vu qu'ils ont été découverts. C'est un peu comme si tu disais que des géographe qui découvrirait un nouveau continent qui doublerait la surface du monde connu seraient en crise parce qu'avant ils connaissaient 100% du monde, et que maintenant il y a 50% de blanc sur la carte.

C'est tout à fait différent de ce qui c'est passé avec Ptolémée : le point équant était présent dès le départ, et il posait un problème conceptuel. Personne n'a dit (ni lui, ni d'autres astronomes) qu'il avait découvert ce point. Tout le monde était au courant que l'on sauvait les phénomènes.

[evrardo]

Tout le monde était au courant que l'on sauvait les phénomènes.

C'est à dire?

[Gilgamesh]

c'est bien une simulation de ce que l'on attend voir?

Oui

ah. On ne se fixe pas par rapport au décalage de la raie de l'hydrogène? Est-ce parceque la raie n'apparaît pas, superposée par un signal de même température? provenant du FDC ou d'une époque plus grande que l'époque étudiée?

On a une émission de fond continue d'origine thermique (le CMB) qui va présenter une raie d'absorption à 21 cm et cette raie d'absorption va ensuite être redshiftée pour arriver jusqu'à nous.

donc, si je comprends bien, il n'y a 'pas de signal' entre z=30 et z* parcequ'il est inexploitable parceque brouillé par des signaux de même température. 'Pas de signal' = 'signal inexploitable'?

Disons que si Ts=Tγ, il y a autant de photon d'émis que d'absorbé par le milieu neutre, et la résultante est nulle.

pourquoi la luminosité chute?

Parce que Ts=Tγ

comprends pas! ça a l'air contradictoire...

C'est juste le résultat d'un calcul de transfert thermique. Ça se réchauffe mais pas au point d'égaler le CMB. Le détail est dans l'article, mais c'est ardu.

[Gilgamesh]

C'est à dire?

C'est à dire que c'était un artifice géométrique nécessaire pour améliorer la précision des calculs. Le problème fondamental, c'était qu'il se basait sur des mouvement circulaires. Or il était très bien mesurés depuis longtemps que les astres mobiles (Lune, Soleil, planète) ne vont pas à la même vitesse sur toute leur orbite. Ce qui fait notamment que les saisons ont des durées inégales. Donc on introduit des paramètre supplémentaire qui reviennent en fait à mimer l'ellipse. On décentre à la fois la Terre et le centre de la trajectoire, qui se retrouve de part et d'autre du centre de l'orbite. Le centre du monde est vide... Et ça entre en contradiction direct avec la physique d'Aristote, dans laquelle il est nécessaire que la Terre, qui est un corps massif, rejoigne son lieu naturel, qui est le centre. Et il déroge avec un deuxième principe aristotelicien, celui du mouvement circulaire uniforme, qui est le mouvement des sphères célestes. Avec le point équant, la vitesse angulaire n'est plus constante vis-à-vis du centre du cercle mais vis-à-vis d'un point distinct de celui-ci, le point équant, on a donc un mouvement irrégulier autours d'un point décentré, sans qu'aucun principe le commande, ce n'est pas satisfaisant du tout. Mais ça permet effectivement d'améliorer la précision des calculs, donc pour des besoins pratiques, on le garde.

/HS

[Mailou75]

Salut,

La cosmologie vit actuellement un âge d'or, notamment parce qu'elle dispose de bonnes théories, à la fois locale (astrophysique stellaire) et gobale (relativité générale et modèle ΛCDM) et d'instruments de plus en plus puissant qui permettent une vision de plus en plus exhaustive et précise du cosmos.

Autant je suis d'accord sur les instruments, autant je ne peux pas l'etre pour les theories. Ca veut dire quoi "DE bonnes theories" si ce ne sont pas "LES bonnes theories"? Et on le sait puisque inflation et energie noire sont des bequilles pour sauvegarder l'expansion, de la meme façon que la matiere noire est un pansement pour le modele des galaxies. Si ajoute le ravin avec la MQ on a un tableau de notre me-connaissance de la physique. Je ne vois pas comment m'en satisfaire. Dans quelques décennies on rira bien des theories fumantes cet "age d'or"

[moijdikssékool]

Et on le sait puisque inflation et energie noire sont des bequilles pour sauvegarder l'expansion, de la meme façon que la matiere noire est un pansement pour le modele des galaxies. Si ajoute le ravin avec la MQ

Tu sais on a mis 1.000ans pour se passer du système de Ptolémée. Bon, personne n'a montré que le système de Newton était bon, on a juste vu qu'il donnait de meilleurs résultats. On va peut-être pas attendre 1.000ans pour se rendre compte que la matière noire n'existe pas en tant que simple 'matière' que l'on rajoute dans les calculs de la RG. A un moment donné, il faudra bien se pencher sur les modèles qui se passent de matière noire en tant que 'matière à rajouter dans les équations de la RG'
Un peu de patience, pour le moment, tu choisis ton camp: ou tu continues à t'arracher les cheveux pour faire tenir un système de plus en plus bancal (bien que l'on apprécie la news sur la matière noire et les galaxies naines) ou tu passes en revue les hypothèses de départ

[pm42]

Ca veut dire quoi "DE bonnes theories" si ce ne sont pas "LES bonnes theories"?

Tu n'as pas du tout compris comment fonctionne la science. Par définition, de bonnes théories est tout ce qu'on peut avoir. Si on prétend avoir "LA bonne théorie", on entre dans le domaine de la croyance, de la religion...

Je ne vois pas comment m'en satisfaire. Dans quelques décennies on rira bien des theories fumantes cet "age d'or"

Ridicule et inapproprié.
Ceci dit, on peut déjà rire maintenant des posts répétitifs de gens qui ne comprennent pas mais expliquent que c'est faux en boucle.

[Deedee81]

Salut,


Tout est ok sauf ça :

tu choisis ton camp

La science ce n'est pas un champ de bataille, même si quelques dopés à la testostérone le voient comme ça.

Et ça :

A un moment donné, il faudra bien se pencher sur les modèles qui se passent de matière noire en tant que 'matière à rajouter dans les équations de la RG'

On le fait déjà gros malin. Et depuis un bon moment. Renseigne-toi.

[moijdikssékool]

On le fait déjà gros malin. Et depuis un bon moment. Renseigne-toi

la théorie MOND? j'en connais pas d'autres...

[Deedee81]

Salut,

la théorie MOND? j'en connais pas d'autres...

Pour la matière noire, moi non plus. Pour l'énergie noire, il y a plusieurs tentatives (modification gravité, usage de la gravité quantique,...).

D'ailleurs, la matière noire ne peut s'expliquer entièrement par une gravité modifiée. J'ai déjà expliqué une dizaine de fois pourquoi, j'en ai un peu ras le bol de répéter

Mais pour l'énergie noire c'est plausible. J'ai d'ailleurs ma propre idée à ce sujet (je n'en parlerai pas ici, hors charte).

[moijdikssékool]

D'ailleurs, la matière noire ne peut s'expliquer entièrement par une gravité modifiée

Si c'est le cas MOND, il n'y aurait pas l'effet lentille sur la trajectoire des photons, en provenance d'une galaxie lointaine, passant à proximité d'un objet massif, on sait

je n'en parlerai pas ici, hors charte

c'est parcequ'il y a des morceaux d'énergie noire dedans

[ansset]

Si c'est le cas MOND, il n'y aurait pas l'effet lentille sur la trajectoire des photons, en provenance d'une galaxie lointaine, passant à proximité d'un objet massif, on sait

c'est parcequ'il y a des morceaux d'énergie noire dedans

pas exactement, au départ MOND était peu compatible avec la relativité..
Depuis , il y a une théorie "améliorée" ( dont je n'ai plus le nom en tête ) , au moins compatible avec la RR, et peut être la RG .
Sous toute réserve ( ça mange pas de pain )
Mais, l me semble, rien à voir avec l'énergie noire, juste une autre approche de la "matière" noire.
Cdt

[Gilgamesh]

pas exactement, au départ MOND était peu compatible avec la relativité..
Depuis , il y a une théorie "améliorée" ( dont je n'ai plus le nom en tête ) , au moins compatible avec la RR, et peut être la RG .
Sous toute réserve ( ça mange pas de pain )
Mais, l me semble, rien à voir avec l'énergie noire, juste une autre approche de la "matière" noire.
Cdt

Bekenstein a effectivement réalisé un effort héroïque pour proposer une version relativiste de MOND, la théorie TeVeS (pour Tensor-Vector-Scalar).

C'est très laid.

L'action en relativité générale :
gr.jpg

L'action avec TeVeS :
teves.jpg

[moijdikssékool]

Pour la matière noire, moi non plus

en fait, j'avais ça sous le coude: la gravité modifiée qui explique que matière et énergie noire disparaissent naturellement des calculs. Les auteurs parlent aussi que les bigs bangs se succèdent, mais, en première lecture, je n'avais pas compris s'ils considéraient toujours l'expansion
et je viens de trouver quelque chose d'intéressant (en tout cas pour moi): Torsion, an alternative to dark matter?, une contribution à une théorie dite de Einstein-Cartan, qui conclue

To conclude, we think that the present result is encouraging enough to reconsider the
rotation curves in galaxies and the CMB anlysis in the light of the Einstein-Cartan theory

Bon alors ils trouvent Ωm=9%, alors que le visible est de 5%, mais c'est mieux que les 30% et plus + de matière noire
Il y a une note qui dit

Let us mention that supergravity, which has been remarkably popular, is an Einstein-Cartan theory. If there torsion is put to zero, the theory loses its supersymmetry

Pas encore bien compris, mais ils ont l'air de dire que si l'on ne considère pas la torsion, la supersymétrie est perdue. Doit-on comprendre que les 'particules de matière noire' que l'on cherche au travers de la supersymétrie? Doit-on supposer la torsion lorsque l'on cherche de la matière noire?
Bon en tout cas, je me revendique de la théorie Einstein-Cartan, et je pense que mes messages à coup de galaxies qui tirent sur l'espace-temps ne sont plus issus d'une théorie perso! Que mes status de forumeurs toxiques disparaissent! pouf!