Température de l'Univers avant le découplage

[invité576543]

Bonjour,

Le CMB est vu actuellement comme un rayonnement du corps noir à 2.7 K, et correspond à quelque chose comme z=1100. C'est que qu'on voit, de notre point de vue, de la surface où-quand le rayonnement s'est découplé de la matière au cours du refroidissement de l'Univers.

Imaginons que le découplage ait eu lieu plus tôt, à une température plus élevée. Quelle serait la température actuelle du CMB ?

La question revient juste à connaître la fonction T(z) pour z>1100 , la température en fonction de z, la réponse étant alors T/z(T).

Cordialement,
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[Eurole]

Bonjour.
Intéressant cette idée de "découplage".
Mais que signifie "plus tôt" ?

[invité576543]

Bonjour.
Intéressant cette idée de "découplage".
Mais que signifie "plus tôt" ?

À une température plus élevée, donc plus tôt la température diminuant avec le temps.

[invite6c093f92]

Bonjour,
Plus tot, il y a eu le découplage faible(rayonnement fossile neutrinique) dont la T moyenne est éstimée à 1,9K, et encore non-détectée à ce jour, Je ne sais pas si tu cherches une réponse concernant le découplage électromagnétique, et uniquement celui-ci...mais connaissant ta précision descriptive je doute que cela réponde à ta question...m'enfin on sait jamais...
Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invité576543]

Bonjour,
Plus tot, il y a eu le découplage faible(rayonnement fossile neutrinique) dont la T moyenne est estimée à 1,9K

Cela pourrait me donner une indication si je savais en plus à quel z cela correspond. Cela ferait un deuxième point en plus de (z=1100, température actuelle 2.7 K).

[invite6c093f92]

Re,
Je ne saurais répondre pour le facteur z, tout ce que je peux en dire, c'est que ce découplage est situé à T =10 milliards de degré, pour une énergie moyenne d' 1Mev(soit aujourd'hui 1 millième d'ev).
Cordialement,

[invité576543]

Re,
Je ne saurais répondre pour le facteur z, tout ce que je peux en dire, c'est que ce découplage est situé à T =10 milliards de degré, pour une énergie moyenne d' 1Mev(soit aujourd'hui 1 millième d'ev).

Ben si, cela donne le z .

Si la température d'origine était de 10¹⁰ K, et l'actuelle à 1.9 K, ça fait un z(10¹⁰) de l'ordre de 5 10⁹.

On aurait alors z(T) = g(T) T avec g(T) décroissant lentement pour T --> infini ?

[invite6c093f92]

Ben si, cela donne le z .

Je me doutais pouvoir faire confiance en ta sagacitè

On aurait alors z(T) = g(T) T avec g(T) décroissant lentement pour T --> infini ?

J'aimerais avoir le niveau pour répondre, ce qui n'est pas le cas..., je laisse la main...
Cordialement,

[ordage]

Bonjour,



La question revient juste à connaître la fonction T(z) pour z>1100 , la température en fonction de z, la réponse étant alors T/z(T).

Cordialement,

Salut


La température (aujourd'hui après expansion) d'une espèce de particules (les photons dans le cadre du découplage matière/photons qui a rendu l'univers transparent ) dépend des découplages, (à entropie constante), de l'équilibre thermique d'espèces de particules qui se sont faites avant et de celles qui se feront ultérieurement.
En effet ces découplages provoquent un "réchauffement" des espèces restant en équilibre thermique .

L'exemple des neutrinos qui se sont découplés vers 4Mev illustre cela.
Si les neutrinos s'étaient découplés en même temps que les photons ils seraient à la même température (2,7K) alors que comme ils n'ont pas bénéficé du réchauffement au moment du découplage electron-positron ils sont à une température plus basse.
Voir par exemple:
http://www-cosmosaf.iap.fr/Dynamique_Relativiste.pdf
chapitre 7: Thermodynamique de l'univers primordial"
Cordialement

[invite6c093f92]

Bonjour,

L'exemple des neutrinos qui se sont découplés vers 4Mev illustre cela.

J'aimerais avoir une précision si possible sur ce chiffre, j'ai pu lire(je rechercherais la réference si besoin...) 1Mev qui correspond à l'énergie kT à partir de laquelle les neutrinos cessent d'interagir faute d'une densité nécèssaire, cet évenement s'étant passé 1 seconde après le BB.
Merci d'avance.
Pour le lien, je sais pas si c'est moi...mais impossible de le lire....
Cordialement,

[invite8915d466]

L'exemple des neutrinos qui se sont découplés vers 4Mev illustre cela.
Si les neutrinos s'étaient découplés en même temps que les photons ils seraient à la même température (2,7K) alors que comme ils n'ont pas bénéficé du réchauffement au moment du découplage electron-positron ils sont à une température plus basse.

certes mais le probleme n'existe que quand on passe un seuil où la nature des particules change de nature (nucléosynthèse par exemple ou annihilation e-e+) qui libère effectivement de l'enthalpie - ça joue un peu le role d'une réaction chimique ou de la condensation de la vapeur d'eau qui modifie une détente adiabatique. Une fois ces processus terminés, ce qui est largement le cas lors du découplage "UV" des photons (du uniquement à la recombinaison de l'hydrogène), alors ça n'intervient plus.

Selon moi, la réponse à la question de Mmy est principalement : ça ne ferait aucune différence. En effet si le découplage avait lieu à T plus élevé, il aurait aussi eu lieu à z plus elevé, mais proportionnellement à T , puisque la température du corps noir est inversement proportionelle à la longueur d'onde et donc au rayon de l'Univers , donc proportionnelle à z. Du coup le Tdecouplage/z serait actuellement le même. C'est bizarre, mais c'est du à une propriété fondamentale, la conservation de "l'entropie par particule" de l'Univers, qui n'est finalement que le rapport de la densité de photons à la densité de baryons, et qui est constant au cours de l'expansion (une fois toutes les recombinaisons particules-antiparticules effectuées). Et comme il ne dépend que de la température locale pour une densité de particules donnée, ça n'aurait rien changé : la température actuelle pour la densité actuelle aurait été de 2.7 K quelle que soit la Température de découplage (= l'énergie d'ionisation de l'hydrogène en réalité , et donc = me alpha^2 ou alpha est la constante de structure fine). A moins bien sur que la condition initiale sur l'entropie par particule du big bang (qui n'est expliquée par aucune théorie actuellement), ne soit liée par une relation fondamentale inconnue à Tdécouplage ...

[invité576543]

Selon moi, la réponse à la question de Mmy est principalement : ça ne ferait aucune différence. En effet si le découplage avait lieu à T plus élevé, il aurait aussi eu lieu à z plus élevé, mais proportionnellement à T , puisque la température du corps noir est inversement proportionnelle à la longueur d'onde et donc au rayon de l'Univers , donc proportionnelle à z. Du coup le Tdecouplage/z serait actuellement le même. C'est bizarre, mais c'est du à une propriété fondamentale, la conservation de "l'entropie par particule" de l'Univers, qui n'est finalement que le rapport de la densité de photons à la densité de baryons, et qui est constant au cours de l'expansion (une fois toutes les recombinaisons particules-antiparticules effectuées). Et comme il ne dépend que de la température locale pour une densité de particules donnée, ça n'aurait rien changé : la température actuelle pour la densité actuelle aurait été de 2.7 K quelle que soit la Température de découplage (= l'énergie d'ionisation de l'hydrogène en réalité , et donc = me alpha^2 ou alpha est la constante de structure fine). A moins bien sur que la condition initiale sur l'entropie par particule du big bang (qui n'est expliquée par aucune théorie actuellement), ne soit liée par une relation fondamentale inconnue à Tdécouplage ...

Thanks ! la réponse "cela ne change rien" faisait partie du "possible", sans que je visse un quelconque argument pour.

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Par ailleurs, j'imagine que

Si les neutrinos s'étaient découplés en même temps que les photons ils seraient à la même température (2,7K) alors que comme ils n'ont pas bénéficé du réchauffement au moment du découplage electron-positron ils sont à une température plus basse.

permet d'expliquer la différence entre 2.7 K et 1.9 K, indépendant des z auxquels ces découplages on eu lieu ?

[invite8915d466]

permet d'expliquer la différence entre 2.7 K et 1.9 K, indépendant des z auxquels ces découplages on eu lieu ?

je suppose que oui, mais que c'est lié à la valeur numérique de l'entropie par particules et de la masse des électrons-positrons, mais ça demande un peu de vérification

[ordage]

Thanks ! la réponse "cela ne change rien" faisait partie du "possible", sans que je visse un quelconque argument pour.

---

Par ailleurs, j'imagine que



permet d'expliquer la différence entre 2.7 K et 1.9 K, indépendant des z auxquels ces découplages on eu lieu ?

Salut
Pour donner un exemple concret, si on avait deux espèces de photons, une qui se découple à T = 3 ans et l'autre à T = 300 000 ans, la température aujourd'hui des deux espèces serait alors différente.

Mais s'il n'y a qu'une espèce de photons qu'elle se découple à T = 3 ans ou T = 300000 ans (si aucun découplage d'autre espèce n'a lieu dans cette période) la température aujourd'hui serait la même (cf réponse de Gilles).
Cordialement

[ordage]

Bonjour,

J'aimerais avoir une précision si possible sur ce chiffre, j'ai pu lire(je rechercherais la réference si besoin...) 1Mev qui correspond à l'énergie kT à partir de laquelle les neutrinos cessent d'interagir faute d'une densité nécèssaire, cet évenement s'étant passé 1 seconde après le BB.
Merci d'avance.
Pour le lien, je sais pas si c'est moi...mais impossible de le lire....
Cordialement,

Salut
Si tu utilises firefox il faut le paramétrer pour autoriser le téléchargement de fichiers PDF.
Sur le bandeau de Firefox cliquer dans "outils", puis "options", puis
"applications"
A type de contenu "Adobe Acrobat reader, cliquer sur "action" et
sélectionner "enregistrer le fichier"

Par défaut le fichier est enregistré dans le fichier "téléchargements" de "mes documents".
A part cela, en gros, la température de découplage de l'équilibre thermique qui est en compétition avec l'expansion se produit très tôt pour les neutrinos du fait de leur très faible interaction.
Extrait du document cité.
"Considérons maintenant la question du découplage des neutrinos de l’équilibre thermique dans l’univers primordial. Comme nous l’avons indiqué, les particules interagissant faiblement comme les neutrinos, se découplent en dessous d’une température Tdec quand le taux
d’interaction entre les particules n’est plus assez rapide pour lutter contre l’expansion de Hubble de l’espace."
Le calcul de la température de découplage (environ 4 meV ) qui est fait dans la suite est un peu technique (fait intervenir entre autres la section efficace des neutrinos, la masse du boson W, la masse de Planck, la constante de Hubble etc...
Le mieux c'est de lire la partie correspondante de la référence citée (ce n'est pas très long).

Cordialement

[invite6c093f92]

Re,
@ ordage,
Merci pour le lien, ça fonctionne.
Quelques mois de lectures très intèressantes en perspective.. , merci encore .
Cordialement,