anciennes théories sur le décalage vers le rouge des galaxies

[moijdikssékool]

hello
apparemment, des cosmologistes se sont penchés sur d'autres explications du décalage vers le rouge des galaxies que le phénomène dit d'expansion. Qui étaient-ils, qu'étaient-elles?
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[Deedee81]

Salut,

Histoire des sciences. On aborde rarement

Je ne connais pas les noms mais pour les explications, je n'en connais qu'une (réfutée depuis) : la lumière fatiguée.
Peut-être de Fred Hoyle ?

D'autres intervenants donnerons peut-être d'autres anciennes hypothèses.

[Zefram Cochrane]

Bonjour,
Je n'ai pas l'impression que les cosmologistes se soient penchés sur le décallage vers le rouges des galaxies puisqu'elles ont été mises en évidence par Edwin Hubble..

https://fr.wikipedia.org/wiki/Galaxie

[bintang]

Bonjour,

L'hypothèse de la Lumière fatiguée c'est Fritz Zwicky, celui qui soulevé le pb de la matière noire en 1933.

Le décalage vers le rouge des spectres des 'nébuleuses spirales' a été observé dès 1912 par Vesto Slipher, sans explication sur ce phénomène.

Hubble a montré que le décalage vers le rouge était proportionnel à la distance de ces 'Nébuleuses spirales' en 1929.

[A voir en vidéo sur Futura]

[moijdikssékool]

Je n'ai pas l'impression que les cosmologistes se soient penchés sur le décallage vers le rouges des galaxies puisqu'elles ont été mises en évidence par Edwin Hubble

et bien, en premier abord, ce décalage vers le rouge a très certainement dû être interprété comme un effet doppler. L'idée de l'expansion, qui transpire dans la RG côté gauche de l'équation (Einstein avait rajouté une constante, non pas pour caractériser une accélération d'expansion, mais contrebalancer une contraction ou expansion. Aujourd'hui, on rajoute cette constante pour caractériser l'accélération), n'est venue qu'après. Mais elle est un peu rebutante (elle a dû faire un peu 'joker' pour expliquer l'éloignement des galaxies. Aujourd'hui, c'est une hypothèse forte mais une hypothèse)
Donc, si, ils se sont penchés sur la signification du décalage vers le rouge. Mais, dans ces deux cas, elle reste par exemple liée aux distances mais ce peut-être une relation indirecte (si le décalage est relié au temps, et comme les distances observées sont reliées au temps...). Personne ne s'est demandé si le décalage était produit à la source? Les galaxies évoluent avec le temps et de plus les galaxies, via leurs étoiles tournant trop vite, 'produisent' un décalage de spectre, que ce soit depuis leur bord ou, même, depuis leur centre. Je veux dire: si quelqu'un a fait cette hypothèse, est-ce que quelqu'un d'autre a exposé des arguments la rendant impossible?

[moijdikssékool]

dans ces deux cas

je parlais de l'expansion et de la lumière fatiguée. L'effet doppler est bien créé à la source (mais bon, avec un big-bang dans sa version 'explosion', aucune chance d'obtenir une structure d'éponge pour l'Univers, sans centre donc; il faut forcément des directions de vitesses initiales isotropes, ce qui n'est pas le cas dans une explosion)
Bon, à part la distance et la vitesse? Rien d'autres pour essayer d'expliquer le décalage vers le rouge? Je veux dire, c'est quand même une hypothèse assez balèze, il devrait y avoir un pot pourri rassemblant toutes les contre-hypothèses, du genre: "le décalage vers le rouge, ce ne peut être dû à ça, ni à ça, encore moins à ça, ce ne peut être que dû à ça". Une démonstration rigoureuse quoi, pas un graphique accompagné de commentaires. On demande pas grand chose... D'autant que la planète brûle, on aimerait penser à autre chose!

[Deedee81]

Salut,

L'histoire des sciences est un domaine fort spécifique. Espérons que quelqu'un aura plus d'infos. Mais oui, on a réfléchi au problème (la preuve en est de l'hypothèse de la lumière fatiguée).

D'autant que la planète brûle, on aimerait penser à autre chose!

Ca va, il fait moins chaud aujourd'hui. 7 degrés de moins

[Gilgamesh]

On en a déjà parlé ici :
http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5883325

Je le reprends et le je le complète avec les premiers travaux de Slipher, qui jouent un rôle clé dans l'affaire. Source : Vesto Slipher and the First Galaxy Redshifts


Au début, Slipher se voit confié la mission par Percival Lowell de mesurer le spectre des nébuleuses, qu'il pense être des systèmes planétaires en formation. Il dispose d'un instrument de premier plan, le spectrographe Brashear avec 3 prismes et un réfracteur de 24 pouces. Instrument dont il parvient encore à améliorer les performances (diminuant par 100 à 200 le temps de pose nécessaire) pour parvenir en 1912 à faire le spectre de M31 (la grande galaxie d'Andromède). Il mesure une vitesse de 300 km/s en direction du Soleil, ce qui est plus élevé que tous les corps mesuré jusque alors.

Cette première mesure à mon sens est fondamentale, car elle a de quoi plonger les astronomes dans la perplexité par la valeur de la vitesse mesurée et les mesures ultérieures ne vont faire qu'accentuer le problème.

En 1914 au congrès de l'American Astronomical Society, Slipher présente le décalage de 15 spirales. La vitesse la plus élevée mesurée atteint 1100 km/s. Dans un papier publié en 1917, Slipher présente le décalage de 25 spirales. En 1921 ses deux plus hauts redshift atteignent l'un 1300 km/s et l'autre à 1800 km/s. En 1923 Arthur Eddington, un des papes de l'astronomie du XXe siècle, publie un ouvrage fameux "The Mathematical Theory of Relativity" (extrait ci dessous), dans lequel il rapporte au chapitre 5, paragraphe 70 intitulé "Propriété d'un univers sphérique de de Sitter" le redshift de 41 galaxies mesurées par Slipher. À cette date, d'autres astronomes ont confirmé un certain nombre de ces mesures. Quatre des 41 spirales s'approchent du Soleil, les autres s'éloignent.

Avant même la découverte de la relation de proportionnalité, on a donc deux faits qui posent problèmes :

- les vitesse mesurée sont extrêmement élevées, bien plus que tout ce qui a pu être mesuré jusque alors. L'année suivante, en 1924 Edwin Hubble va mesurer la distance de M31 en se basant sur la relation période-luminosité de 12 céphéides. Il va définitivement trancher le débat en mesurant une distance de 900 000 années lumière. Distance nettement sous estimée, mais qui place sans discussion Andromède hors de la Voie Lactée. Mais donc avant cela la mesure des vitesses de différentes nébuleuses dépassant largement la vitesse de libération de la Galaxie, suggérait qu'il ne pouvait s'agir d'objets liés.

- la majeure partie s'éloigne de la Galaxie. Pourquoi ?

Eddington en discute au paragraphe susdit et fait de son mieux pour en faire sens dans le contexte de la relativité générale. Il interprète ces résultats dans le cadre d'un univers de de Sitter, ce qui constitue une avancée remarquable. On peut dire que dès le départ, les astronomes avec Eddington sont en mesure d'interpréter ces redshift non comme un simple Doppler, mais comme un effet de la relativité générale.

https://archive.org/stream/mathemati...e/160/mode/2up
Voir l'extrait ci-dessous.

La méthode de Slipher est désormais bien connue et dans les années 20 les astronomes Humason, Mayall, et Sandage travaillant à l'observatoire du Mt Wilson et ses deux grands miroirs de 1,5 et 2,5 mètres améliore encore fortement la technique et parviennent à mesurer les spectres de galaxies plus faibles.

En 1927, Lemaître utilisant ces même données et des mesure de distance obtenue par Humason et al. met à jour ce fait capital : la proportionnalité du redshift et de la distance. Il calcule la valeur du taux d'expansion et trouve 625 km/s/Mpc. Et surtout il explique le premier correctement ce déplacement des longueur d'onde par la variation du rayon de l'univers. Il montre également qu'à partir d'un certain redshift on ne peut plus observer de galaxies car "toute la lumière visible est rejetée dans l'infrarouge".

Tout est là :
Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques


En 1929, Hubble publie son fameux papier où il établie à son tour la relation distance luminosité. Initialement, Hubble reprend l'idée que ses observation s'accordent l'effet de Sitter.

Extrait de son papier de 1929 :

The outstanding feature, however, is the possibility the velocity distance
relation may represent the de Sitter effect, and hence that
numerical data may be introduced into discussions of the general
curvature of space. In the de Sitter cosmology, displacements of
the spectra arise from two sources, an apparent slowing down of
atomic vibrations and a general tendency of material particles to
scatter. The latter involves an acceleration and hence introduces the
element of time. The relative importance of these two effects should
determine the form of the relation between distances and observed
velocities; and in this connection it may be emphasized that the
linear relation found in the present discussion is a first approximation
representing a restricted range in distance.

Mais par la suite, il est revenu sur l'idée de cette interprétation du redshift comme une expansion de la métrique variable dans le temps. Les vitesses apparente mesurées ne cessent d'augmenter avec les progrès de l'instrumentation: 1800 km/s en 1929, mais 42000 km/s en 1942. L'idée que des corps comme des galaxies puissent se mouvoir à près de v/c ~ 0.14 lui semble douteux. On pourrait lui répondre que précisément, dans un univers en expansion les galaxies sont immobiles dans le repère comobile, mais enfin, les objets s'éloignent bien à ce taux, et c'est ça qui le bloque, de ce que je comprend. Et donc évidemment, le redshift pour lui ne peut pas non plus être un effet Doppler, interprétable par des vitesses propres.

Pour expliquer la loi de proportionnalité dans un univers statique, il a emprunté l'idée de son ami Zwicky, celle de la lumière fatiguée, un effet simplement proportionnel à la distance, au sein d'un espace sagement statique.

Dans l'introduction d'un article publié avec Tolman en 1935 on lit :

Until further evidence is available, both the present writers wish
to express an open mind with respect to the ultimately most satisfactory
explanation of the nebular red-shift and, in the presentation of
purely observational findings, to continue to use the phrase “apparent”
velocity of recession. They both incline to the opinion, however,
that if the red-shift is not due to recessional motion, its explanation
will probably involve some quite new physical principles.

Idée qu'il développe dans un bouquin, The Observational Approach to Cosmology :

Well, perhaps the nebulae are all receding in this peculiar manner.
But the notion is rather startling. The cautious observer naturally
examines other possibilities before accepting the proposition even as
a working hypothesis. He recalls the alternative formulation of the
law of red-shifts — light loses energy in proportion to the distance it
travels through space. The law, in this form, sounds quite plausible.
Internebular space, we believe, cannot be entirely empty. There must
be a gravitational field through which the light-quanta travel for
many millions of years before they reach the observer, and there
may be some interaction between the quanta and the surrounding
medium. The problem invites speculation, and, indeed, has been
carefully examined. But no satisfactory, detailed solution has been
found. The known reactions have been examined, one after the other
— and they have failed to account for the observations. Light may
lose energy during its journey through space, but if so, we do not yet
know how the loss can be explained.

La théorie de la lumière fatiguée implique une perte d'énergie du rayonnement proportionnelle à la distance qu'il faut expliquer d'une manière ou d'une autre, mais aucun des mécanismes proposés ne conservent le spectre du corps noir. Cette théorie ne supporte pas la mesure du spectre du CMB qui est celui d'un corps noir d'une perfection impressionnante.

Certains des mécanisme de la "fatigue" sont basé sur une interaction du rayonnement avec un contenu quelconque de l'univers, ce qui se traduirait par une diffusion des photons. De ce fait, l'espace perdrait progressivement de sa limpidité avec la distance et l'image des galaxie lointaines seraient floutée. On dispose maintenant de l'image de galaxies situées à des distances réellement cosmologiques (avec le champ profond de Hubble notamment, qui a l'intérêt de ne subir aucun brouillage atmosphérique) et ce n'est pas ce que l'on observe.

En gros l'hypothèse n'a pas survécu à l’avènement de la cosmologie de précision.


source : Hubble’s Cosmology: From a Finite Expanding Universe to a Static Endless Universe

Mais le débat a basculé définitivement au niveau de la communauté astronomique je pense avec la découverte du fond radio cosmologique dans les années 60. Ce rayonnement n'est prédit ni par l'idée d'un univers statique (style lumière fatiguée), ni par un univers en expansion mais stationnaire (donc de densité et température constante dans le temps). Ce dernier modèle notamment proposé par Hoyle, avait pas mal d'adeptes, et il conservait l'idée d'un univers "a-historique". Même si le Big Bang n'est pas cela, l'idée d'un "début des temps", d'une origine à une date fixée dans le passé, était dur à admettre pour beaucoup d'esprits. La découverte d'un rayonnement de fond témoin d'un passé chaud et dense a définitivement prouvé que l'univers avait une histoire.

[Gilgamesh]

Pour ceux qui peuvent suivre une conférence en anglais (avec sous titrage automatique), je conseille celle ci, sur l'histoire de la cosmologie depuis 1916 (publication de la théorie de la relativité générale) :

How Cosmology Grew, 1916 to 2016 Sackler Lecture

[Nicophil]

Bonjour,

Comment l'effet Gunn-Peterson s'inscrit dans ce paysage ? https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Gunn-Peterson

[Gilgamesh]

Bonjour,

Comment l'effet Gunn-Peterson s'inscrit dans ce paysage ? https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Gunn-Peterson

Cela sert plutôt de sonde du milieu intergalactique.

La lacune de Gunn-Peterson est l'absorption prédite du rayonnement d'une source pour des longueur d'onde inférieure à la raie de l'hydrogène neutre à 121,6 nm (dans l'UV, correspondant à la transition entre l'état fondamental et le premier état excité de l'atome d'hydrogène). C'est ce que l'on devrait observer si le milieu intergalactique était uniformément remplit d'hydrogène neutre. Le fait qu'on observe des spectres au delà de cette longueur d'onde de coupure signifie que le milieu intergalactique est presque entièrement constitué d'hydrogène ionisé. Cet effet a été effectivement observé en 2001 pour des quasar situé à un un z>6, ce qui indique que la réionisation c'est terminé à cette période (environ 1 Gy après le Big Bang).

On observe quand même de nombreuses raies d'absorption qui "hachent" l'aile gauche du le spectre des quasar, ce qu'on appelle la forêt Lyman alpha, et qui indique la présence de nombreux nuages d'hydrogène neutre sur la ligne de visée, qui absorbe le rayonnement à différents redshifts.