âge de la Terre vs âge de l'univers

[invite499b16d5]

bonjour à tous,
quand on admet les chiffres officiels (4.5 et 13.7), il est étonnant de voir que la Terre est apparue relativement vite dans l'histoire de l'Univers (rien à voir par ex. avec l'apparition de l'Homme sur la Terre!)
L'univers paraît-il s'enrichit en éléments lourds grâce aux générations successives d'étoiles, or dans ce cas (type Soleil= 10 milliards d'années), il faut croire qu'une seule aurait suffi, et encore à supposer qu'il y a des étoiles dès le début.
Comment cette apparente contradiction est-elle expliquée?
Plus généralement, je crois avoir lu que certains types d'étoiles ont des durées de vie encore plus longues que le Soleil.
Est-il correct d'affirmer alors qu'un grand nombre d'étoiles (et donc aussi les galaxies qui les contiennent) ont fait tout leur chemin parallèlement à l'univers (elles étaient là presque dès le début, et y sont toujours?)
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[invitec7c23c92]

Les étoiles qui enrichissent le plus l'univers en éléments lourds sont les étoiles les plus massives, donc celles qui ont une durée de vie très courte (très inférieure au milliard d'années).

A contrario, les étoiles les plus légères (naines rouges) ont une durée de vie extrêmement longue (très au delà de l'âge actuel de l'univers).


La première génération d'étoile (étoiles dites de population III) n'ont pas pu survivre jusqu'à aujourd'hui : étant dépourvu de métaux, les mécanismes de formation d'étoiles impliquent qu'elles étaient très massives, elles ont donc toutes disparu.

En revanche, la génération suivante (étoiles dites de population II) a encore des représentants qu'on peut observer. Les plus vieilles connues dépassent les 13 milliards d'années.

Le soleil, quant à lui, est une étoile de population I (de métallicité élevée).

[invite499b16d5]

mille mercis
je vais essayer d'en apprendre un peu plus sur ces populations.
Mais sachant qu'on observe l'univers dans son passé, on pourrait penser que même des population III soient encore visibles, bien qu'éteintes en réalité, non?

[invitec7c23c92]

Comme elles sont très anciennes, on ne peut les voir briller qu'au fin fond de l'univers. Or, dans l'univers profond, on ne voit que les galaxies, les étoiles sont trop petites pour être vues individuellement. On suppose qu'elles sont des constituants des galaxies bleues lointaines.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite80fcb52e]

On suppose qu'elles sont des constituants des galaxies bleues lointaines.

Je pense pas qu'on soit en mesure d'observer quoique ce soit de population III en ce moment.
Et encore moins dans des galaxies bleues. Etant très massive elles émettent certes peut-être plus dans l'UV que dans le visible, mais étant à un redshift de l'ordre de 10 ça finit par retomber dans le rouge/infrarouge... Et en plus les UVs sont surement plus absorbés par le milieu qui est en train d'être réionisé...

Peut-être qu'avec le JWST, on sera en mesure de détecter ces premières galaxies qui contiendraient les premières étoiles. C'est prévu pour, son domaine de longueur d'onde est dans l'infrarouge pour justement observer les objets qui émettent dans le visible à haut redshift!!

Pour l'instant on ne les voit pas encore et quand (si jamais) on les verrra ce sera dans l'infrarouge!!

[invite499b16d5]

pour en finir avec mes question béotiennes: donc si j'ai bien compris, de nombreuses étoiles (de population II), ont un parcours qui se confond presque avec celui de l'univers entier? (à quelques centaines de millions d'années près)

[invite80fcb52e]

Disons "presque". On trouve que les étoiles les plus vieilles ont un âge compris entre 10 et 12 milliards d'années...

[invitec7c23c92]

En voilà une vieille de 13.2 milliards d'années : http://www.eso.org/public/news/eso0723/

Il me semble que c'est le record...

[invite499b16d5]

En voilà une vieille de 13.2 milliards d'années : http://www.eso.org/public/news/eso0723/
Il me semble que c'est le record...

Je vois qu'en plus, elle fait partie de notre Galaxie.
Cela veut-il donc dire que notre propre Galaxie existait déjà à t=500 millions d'années? Et la plupart des galaxies se sont-elles formées si précocement? Il semble que l'univers n'a vraiment pas perdu de temps!

[invite499b16d5]

Encore heureux qu'on n'ait pas trouvé 13.1 milliards d'années pour l'univers, sinon ça poserait comme un problème!

[invité576543]

bonjour à tous,
quand on admet les chiffres officiels (4.5 et 13.7), il est étonnant de voir que la Terre est apparue relativement vite dans l'histoire de l'Univers (rien à voir par ex. avec l'apparition de l'Homme sur la Terre!)

Ben si, cela a beaucoup à voir avec l'apparition de l'homme sur Terre.

Imaginons que l'homme soit apparu 200 millions d'années après la Terre. Eh bien, nous serions là à dire "il est étonnant que la Terre soit apparue si tardivement dans l'histoire de l'Univers (âge de 9.4 pour l'Univers comparé à 0.2 pour la Terre)...

[jiherve]

Bonsoir,
Ce problème s'est déjà posé au XIX eme:
les estimations faites à l'époque pour l'âge des plus vielles roches terrestre étaient bien supérieures à celle de la durée de vie estimée du Soleil en considérant que celui ci était alimenté par un phénomène de combustion chimique.
Cela contredisait aussi les estimations faites à partir des textes bibliques interprétés par quelques "exégètes".
JR

[invite499b16d5]

Ben si, cela a beaucoup à voir avec l'apparition de l'homme sur Terre.

Bin un tiers ça reste un tiers.
Je voulais seulement souligner que contrairement à nous, ce n'est pas un évènement de dernière minute.
Il ne faut pas si longtemps que ça pour que l'évolution de l'univers engendre l'espèce "planète", et comme il a été signalé plus haut, des étoiles (et donc probablement des planètes aussi) sont apparues dans un temps record. Il semble que l'évolution de la vie soit bien plus hésitante que celle du cosmos.

[invitec7c23c92]

Les planètes ne peuvent se former qu'une fois qu'une certaine métallicité a été atteinte, donc pas trop tôt non plus.

[invite499b16d5]

Bonsoir,
Ce problème s'est déjà posé au XIX eme:

C'est bien à ça que je pensais en faisant cette remarque! Mais ce coup-ci, la moindre erreur pourrait être fatale

[invite499b16d5]

Les planètes ne peuvent se former qu'une fois qu'une certaine métallicité a été atteinte, donc pas trop tôt non plus.

Autant pour moi!
Cela est vrai pour les ferrugineuses, comme la Terre, mais est-ce aussi vrai pour les gazeuses?

[invitec7c23c92]

Oui car elles se forment quand un coeur solide devient suffisamment massif pour retenir l'hydrogène et l'hélium.

[invité576543]

Je voulais seulement souligner que contrairement à nous, ce n'est pas un évènement de dernière minute.

Le rapport entre l'âge de la Terre et "l'âge" de l'Univers dépend du moment, et ce dont tu parles est le rapport en gros au moment de l'apparition de l'homme...

L'observation n'est pas que "la Terre soit apparue vite", mais que "l'âge" de l'Univers au moment de la création de la Terre est de l'ordre de deux fois la durée entre la création de la Terre et l'apparition de l'homme sur cette Terre.

En quoi cela amène-t-il une idée de "vite" m'échappe.

S'il y a une chose qui se fait vite dans cette histoire, c'est le passage entre l'apparition de l'homme et le moment où il connaît l'âge de la Terre et "l'âge" de l'Univers, d'une durée tellement courte qu'on la néglige dans le calcul ci-dessus...

[invité576543]

Les planètes ne peuvent se former qu'une fois qu'une certaine métallicité a été atteinte, donc pas trop tôt non plus.

L'enrichissement des gaz interstellaires en "métaux" commence très tôt dans la vie d'une galaxie, non? Il vient des étoiles très lourdes qui brûlent très vite, certaines en quelques millions d'années, non?

N'est-il par alors possible que se forment des étoiles à partir de nuages à forte métallicité très peu de temps après la formation des premières étoiles?

[invite499b16d5]

En quoi cela amène-t-il une idée de "vite" m'échappe.

Je m'attendais à une réaction rapide...
Ce que je voulais exprimer, c'est qu'aux deux-tiers de l'âge de l'univers, et étant parti du vide, on a déjà la planète requise (un peu chaude certes), avec quasiment tous les éléments chimiques nécessaires et un soleil agréable... Sur ces excellentes bases, il faut encore la moitié de ce temps pour qu'une bestiole arrive à marcher sur deux pattes. Exploit qui me semble bien dérisoire à côté de celui de mettre en route les galaxies. On n'est pas trop dans l'exponentiel, là!
Mais bon, c'est une question de point de vue, et peut-être que plus l'univers refroidit, plus il faut faire chauffer les neurones...

[invitec7c23c92]

L'enrichissement des gaz interstellaires en "métaux" commence très tôt dans la vie d'une galaxie, non? Il vient des étoiles très lourdes qui brûlent très vite, certaines en quelques millions d'années, non?

N'est-il par alors possible que se forment des étoiles à partir de nuages à forte métallicité très peu de temps après la formation des premières étoiles?

Je ne crois pas que ça soit si rapide. Je n'ai pas la réponse, mais je dirais que dans les deux ou trois premiers milliards d'années, les planètes doivent au minimum avoir été rares.

Juste quelques éléments :

- Sur la corrélation entre métallicité et formation planétaire : http://www.pha.jhu.edu/~waqas/2nd-year-seminar/
Cf la figure 3, la dépendance est vraiment forte.

- Sur les ~ 450 exoplanètes détectées, celle qui a l'étoile de plus basse métallicité est celle là : http://exoplanet.eu/star.php?st=HD+155358 , âgée de 10 milliards d'années.

- Un modèle pour estimer l'âge moyen des planètes de type terrestre : http://arxiv.org/abs/astro-ph/0012399
Page 13 on trouve l'évolution de la métallicité. On voit qu'il faut quand même 3 milliards d'années pour approcher la valeur actuelle (ne pas oublier que l'échelle est logarithmique).
L'auteur conclut que l'âge moyen d'une planète terrestre dans l'univers est 1-3 milliards d'années plus vieux que la Terre (à noter aussi le constat que les jupiters chauds sont fortement corrélés à la métallicité).

[invite80fcb52e]

En voilà une vieille de 13.2 milliards d'années : http://www.eso.org/public/news/eso0723/

Il me semble que c'est le record...

Intéressant. Ca veut dire qu'elle s'est formée à un redshift de 10 environ, surement une des premières étoiles de population II.

Je vois qu'en plus, elle fait partie de notre Galaxie.
Cela veut-il donc dire que notre propre Galaxie existait déjà à t=500 millions d'années?

Tout dépend ce que tu entends par "notre galaxie"... On sait qu'elle est le résultat de bon nombre de fusions et à un redshift de 10, il y a pu avoir des centaines de petits halos qui ont fusionné entre eux, alors suffit que l'étoile soit dans un des halos qui va fusionner avec d'autres pour former la voie lactée.
Après savoir si l'étoile était dans le halo progéniteur principal (le plus gros ascendant de la voie lactée) ou dans un petit halo rikiki qui passait par là, on en sait rien.
Donc difficile de parler de "notre galaxie". C'est un peu comme un arbre généalogique, tu n'a pas qu'un seul grand père ou qu'un seul arrière grand-père. On sait juste que l'étoile était dans un halo ascendant de la voie lactée...

Et la plupart des galaxies se sont-elles formées si précocement? Il semble que l'univers n'a vraiment pas perdu de temps!

Oui à un redshift de 10, il y avait déjà des galaxies... On pense que les premières étoiles apparaissent à un redshift de 40 environ (100 millions d'années). Et les premiers halos de matière noire sont formées avant même la recombinaison (redshift de 1000 soit 380.000 ans), avec une masse de 10⁵ masse solaire environ...
En fait dès que la matière peut se condenser, on peut former des étoiles et des galaxies... Et en gros ça intervient quand les halos sont suffisamment massif pour que la température associée à la pression d'équilibre gravitationnel soit supérieure à 10000K (refroidissement par désexcitation du premier niveau de l'hydrogène atomique).

L'enrichissement des gaz interstellaires en "métaux" commence très tôt dans la vie d'une galaxie, non? Il vient des étoiles très lourdes qui brûlent très vite, certaines en quelques millions d'années, non?

Juste après les premières étoiles. Et comme les premières étoiles ont une durée de vie très courte, elles polluent tout de suite le milieu. Du coup y a 2 sortes de population III, les toutes premières très massives, et celles juste après, un peu enrichi en métaux et donc moins massives...

N'est-il par alors possible que se forment des étoiles à partir de nuages à forte métallicité très peu de temps après la formation des premières étoiles?

Beh si...

[invité576543]

[Remarque annexe, latérale au sujet...]

J'aime bien l'usage du redshift pour parler de l'ancienneté en cosmologie.

Cela évite de jugements de valeur genre "vite", "tôt", etc. qui semblent n'être que la projection de notre perception quantitative du temps, ici et maintenant, sur des événements sans grand rapport avec notre expérience quotidienne...

Cela l'inverse même, parler d'un redshift de 1000000, ça fait "grand", proche de l'infini, une perception bien différente de "l'âge" de l'Univers correspondant.

En plus, c'est ce qui est observé, c'est peu dépendant des modèles. Alors que "l'âge" n'est qu'une traduction du redshift via un modèle d'expansion, et le choix de ce modèle reste spéculatif, ce qui entraîne une variation de "l'âge" selon l'évolution des idées...

[invite80fcb52e]

J'ait dit une grosse bêtise:

Et les premiers halos de matière noire sont formées avant même la recombinaison (redshift de 1000 soit 380.000 ans), avec une masse de 10⁵ masse solaire environ...

Les halos de matière noire se forment après la recombinaison, c'est les surdensités (écart à la densité moyenne) qui commencent à croitre avant la recombinaison. Désolé pour cette erreur!!
Par contre les premiers halos ont bien une masse de 10⁵ masse solaire et dans les simulations numériques, les premiers apparaissent vers un redshift de 50...

[Pfhoryan]

On sait qu'elle est le résultat de bon nombre de fusions et à un redshift de 10.

On sait, on sait... on suppose! Parce que l'hypothèse de formation hiérachique des galaxies (par fusion) n'est pas si bien établi que çà.
Voir par exemple ce papier de MJ Disney.