Expansion et redshift

[papy-alain]

Bonjour à tous.
Je viens une fois de plus solliciter vos lumières pour un problème qui me turlupine l'esprit depuis quelques jours.
Supposons deux amas de galaxies équidistants par rapport à nous (par exemple, 1 milliards d'années-lumières). Entre l'amas A et nous, un grand vide. Entre l'amas B et nous, une série d'autres amas, presque en alignement. Comme l'expansion se produit uniquement là où il n'y a pas de matière, l'amas A va s'éloigner de nous plus rapidement que le B. On aura donc deux redshifts différents pour deux amas équidistants, ce qui est en contradiction avec la théorie. Pouvez vous expliquer ce paradoxe ?
Je vous remercie par avance de vos réponses.
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[invite80fcb52e]

A un milliard d'années lumière on est à peu près à un redshift autour de 0,1. Il suffit de regarder un relevé de galaxies pour voir qu'à cette distance c'est suffisamment isotrope pour que ce que tu dis n'arrive pas!

[papy-alain]

A un milliard d'années lumière on est à peu près à un redshift autour de 0,1. Il suffit de regarder un relevé de galaxies pour voir qu'à cette distance c'est suffisamment isotrope pour que ce que tu dis n'arrive pas!

Bon, alors disons 100 millions.

[Amanuensis]

(..)

L'expansion métrique de l'espace se produit partout.

Mais si une force attractive lie deux objets, elle agira "contre" l'expansion, en rapprochant les objets relativement "à l'expansion" (i.e., au comobile). Au résultat, relativement à un référentiel "classique", une immobilité relative.

Dans le cas d'une série d'amas comme proposé c'est leur attraction gravitationnelle mutuelle qui fait la différence.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8915d466]

il n'y a pas de contradiction : la relation redshift -distance est effectivement valable pour l'expansion moyenne, mais pas pour des objets particuliers qui subissent des perturbations par des surdensités de matière. En pratique, ça veut dire que convertir le décalage vers le rouge en distance n'est que statistiquement vrai, mais il y a une dispersion autour de la valeur moyenne. (Dans ton exemple, la coincidence des distances n'existera qu'à un moment donné, les amas ne seront plus à la même distance dans quelques milliards d'année !)

[invite499b16d5]

Dans le cas d'une série d'amas comme proposé c'est leur attraction gravitationnelle mutuelle qui fait la différence.

bonjour,
il semblerait donc que Papy a raison: on devrait avoir une non-isotropie sensible dans les directions des filaments de matière qui orientés parallèlement à nos lignes de visée?
Edit: je n'avais pas à l'écran la réponse de Gilles, qui confirme semble-t-il ma question.

[invite80fcb52e]

La vitesse d'expansion (1000km/s) domine les vitesses particulières (quelques centaines de km/s) aux alentours de 50 millions d'années lumières. Les amas les plus proches sont au moins à cette distance (Vierge, etc...). Donc l'écart à l'isotropie n'est pas énorme.

[papy-alain]

Sur le relevé de galaxies que Gloubis(pascrapule) a eu la gentillese de mettre en lien, on peut distinguer, à grande échelle, des zones de vide qui, dans certaines directions, se succèdent de manière plus ou moins linéaire. A d'autres endroits, d'immenses super-amas regroupent une grande densité de matière, sur des distances énormes. L'expansion de l'univers serait-elle si irrégulière ?

[invite80fcb52e]

L'expansion de l'univers serait-elle si irrégulière ?

L'expansion n'a rien à voir avec la position des galaxies. L'univers n'est pas strictement homogène à petite échelle, il y a des endroits plus denses (les amas, superamas etc...) et des endroits moins denses (grands vides). La cause? La croissance des surdensités (ou sous densité) sous l'effet de la gravité (région dense attire plus et devient encore plus dense, région moins dense attire moins et devient encore moins dense).

[invite499b16d5]

La vitesse d'expansion (1000km/s) domine les vitesses particulières...

L'expansion n'a rien à voir avec la position des galaxies.

Salut Gloubi,
dit comme ça, il semblerait qu'il faille effectuer une sorte de soustraction entre une "vitesse d'expansion normalisée" et les vitesses effectives, le résultat donnant des vitesses particulières dues à la gravité.
Ne doit-on pas plutôt voir l'expansion comme le résultat net, en chaque point, des sur- ou sous-densités, et dire clairement qu'elle ne se produit pas partout exactement au même taux
(même si l'image du ballon qui gonfle -qu'on m'excuse si je fais pareil... ) reste vraie au premier ordre?)

[papy-alain]

Afin d'éviter toute confusion, je vais poser ma question autrement. Supposons un amas galactique qui n'est séparé de nous que par du vide. Un autre amas, à égale distance, mais dans une autre direction, est séparé de nous par une masse importante (un autre amas très dense) mais à une distance telle que l'interaction gravitationnelle est pratiquement nulle. Donc, les deux amas sont équidistants de nous et ne subissent aucune interaction avec quoi que ce soit. Le second s'éloigne-t-il de nous plus lentement que le premier, parce que, à distance égale, il y a moins de vide entre lui et nous par rapport au premier ? (Euh, je ne sais pas si je suis très clair).

[Amanuensis]

Quelle est la différence entre "moins de vide" et "plus de masse" ?

[invite80fcb52e]

Salut Gloubi,
dit comme ça, il semblerait qu'il faille effectuer une sorte de soustraction entre une "vitesse d'expansion normalisée" et les vitesses effectives, le résultat donnant des vitesses particulières dues à la gravité.

Exact. La vitesse totale est la somme de la vitesse lié à l'expansion (de l'espace) et la vitesse particulière (par rapport à l'espace local). J'en avait discuté les détails mathématiques il n'y pas si longtemps dans ce post.

Les vitesses particulières résultent des fluctuations de vitesse initiales qui se sont amplifié sous l'effet de la gravité et du développement des surdensités.

Le second s'éloigne-t-il de nous plus lentement que le premier, parce que, à distance égale, il y a moins de vide entre lui et nous par rapport au premier ?

J'ai compris. Déjà il n'y rien de strictement vide dans l'espace, il y a toujours des atomes, des photons, des neutrinos, de la matière noire, des ondes gravitationnelles etc...
Je pense pas que la densité est quelque chose à voir, sinon l'univers primordial aurait eu bien du mal à avoir une expansion.
Ce qui compte c'est la distance, autrement la quantité d'espace entre les points. Peu importe ce qu'il y a au milieu...

[papy-alain]

J'ai compris. Déjà il n'y rien de strictement vide dans l'espace, il y a toujours des atomes, des photons, des neutrinos, de la matière noire, des ondes gravitationnelles etc...
Je pense pas que la densité est quelque chose à voir, sinon l'univers primordial aurait eu bien du mal à avoir une expansion.
Ce qui compte c'est la distance, autrement la quantité d'espace entre les points. Peu importe ce qu'il y a au milieu...

Oui, et c'est bien là le problème : il n'y a pas d'expansion là où il y a de la matière. Il n'y a donc que l'espace entre les amas galactiques qui subissent cette expansion, même si, comme tu le dis, le vide absolu n'existe pas. Et dans mon dernier exemple, cela ne ferait aucune différence qu'il y ait ou non de la matière entre cet amas de galaxies et nous ? Pourtant, dans toute la région occupée par cette matière, il n'y a pas d'expansion, pas plus qu'il n'y en a au sein de toutes les galaxies.
Ce que j'essaie de souligner, c'est l'incohérence qu'il y a à dire qu'il n'y a pas d'expansion au sein des amas galactiques, mais que les objets se trouvant plus loin subissent l'expansion comme s'il n'y avait que du vide entre cet objet et nous. Je crois en fait que l'expansion est la même partout, aux corrections gravitationnelles locales près, mais que la représentativité qu'on se fait de la "création d'espace" est erronée.

[Mailou75]

Salut,

Je me mèle peut etre d'un sujet que je maitrise peu mais, il semble que le problème soit la formulation :
Tout point de l'espace est en expansion uniforme et continue proportionellement au temps qui s'y ecoule, ceci n'empeche pas que la gravité provoque l'effondrement de la matière.

A +
Mailou

[papy-alain]

Salut,

Je me mèle peut etre d'un sujet que je maitrise peu mais, il semble que le problème soit la formulation :
Tout point de l'espace est en expansion uniforme et continue proportionellement au temps qui s'y ecoule, ceci n'empeche pas que la gravité provoque l'effondrement de la matière.

A +
Mailou

Non, tout ce que je consulte sur ce site (définitions et interventions) précise bien qu'il n'y a pas d'expansion là où il y a de la matière.

[invitebd2b1648]

Et pourtant c'est le cas !

Ce que tu as du mal à réaliser, c'est que l'expansion agit globalement partout alors que la gravitation ne s'exerce entre les corps que localement ... même si l'échelle où on peut mesurer l'expansion n'est observée qu'entre amas de galaxies !

@ +

[papy-alain]

Et pourtant c'est le cas !

Ce que tu as du mal à réaliser, c'est que l'expansion agit globalement partout alors que la gravitation ne s'exerce entre les corps que localement ... même si l'échelle où on peut mesurer l'expansion n'est observée qu'entre amas de galaxies !


@ +

Non, ça je le réalise très bien. Ce qui me dérange, c'est la définition qu'on trouve ici même : <<Rappelons que cette expansion ne se manifeste qu’à une échelle plus grande que celle des amas de galaxies. Ni le Système solaire, ni la Voie lactée ne sont affectés par l’expansion de l’univers prédite par la théorie de la relativité générale.>>
Si l'on disait qu'elle se manifeste partout, mais est compensée par la gravité au sein des amas galactiques, alors là, oui, d'accord. Mais la définition que je cite peut faire sous-entendre au lecteur que l'expansion n'est pas uniforme partout, vu que la répartition de matière est irrégulière sur des distances relativement importantes. Jette un coup d'oeil sur la carte que Gloubis a mise en lien plus haut, et tu comprendras immédiatement l'importance des termes employés.

[Amanuensis]

Non, tout ce que je consulte sur ce site (définitions et interventions) précise bien qu'il n'y a pas d'expansion là où il y a de la matière.

Cela n'a pas de sens, il y a de la matière partout ou nulle part, selon la manière dont on le voit.

Àmha, c'est une manière maladroite de dire que l'expansion n'affecte pas de manière visible les systèmes liés : ce qui est "visiblement" de la matière forment des systèmes liés : atome, molécule, caillou, planète, étoile, galaxie.

L'expansion n'affecte pas leur taille propre au sens où celle-ci n'augmente pas indéfiniment. Ce n'est pas une question d'échelle, ce qui intervient c'est la force, existant nécessairement, qui lie l'objet lié ; c'est celle-ci qui détermine la taille propre.

Par exemple la lumière qui se propage est affectée par l'expansion à toutes les échelles, parce qu'elle a une vitesse supérieure à la vitesse de libération. Seulement, cela n'est mesurable qu'au bout d'une certaine durée.

[invite499b16d5]

Ce qui compte c'est la distance, autrement la quantité d'espace entre les points. Peu importe ce qu'il y a au milieu...

Salut,
hmm... est-ce bien compatible avec l'esprit de la Relativité Générale?
Disons-le autrement: dans l'image du ballon que l'on gonfle, supposons que par endroits le ballon n'a pas exactement la même élasticité, ou la même épaisseur.
Quelle forme exacte va prendre ce ballon en gonflant? Pour ce qu'on en sait, ça pourrait aussi bien être un canard!
Le paramètre de courbure dans les équations de Friedman est bien lié à la densité locale, non?

[Amanuensis]

L'expansion métrique de l'espace n'est qu'un aspect particulier de la courbure de l'espace-temps.

C'est comme décrire la Terre comme une sphère ou même un ellipsoïde. Le rayon de la Terre ne correspond qu'au premier terme (largement dominant) de la décomposition de la surface en harmoniques sphériques (et l'ellipsoïde à l'ajout du second terme, largement dominant sur les suivants). Cela n'empêche en rien que localement la surface puisse être très loin d'être perpendiculaire à la radiale joignant au centre de la Terre, c'est à dire tangent à une sphère. Pareil pour la tangence à l'ellipsoïde.

La décomposition de la courbure en un terme d'expansion et un terme de gravitation locale est artificielle, comparable à la décomposition de la surface (ou même du géoïde) en un terme dû à l'ellipsoïde et un terme d'altitude.

[Deedee81]

Salut,

hmm... est-ce bien compatible avec l'esprit de la Relativité Générale?
Disons-le autrement: dans l'image du ballon que l'on gonfle, supposons que par endroits le ballon n'a pas exactement la même élasticité, ou la même épaisseur.
Quelle forme exacte va prendre ce ballon en gonflant? Pour ce qu'on en sait, ça pourrait aussi bien être un canard!

Les analogies ont leur limite. L'univers n'est pas en caoutchouc

Le paramètre de courbure dans les équations de Friedman est bien lié à la densité locale, non?

Oui, et ce qui pourrait influencer l'expansion est un manque d'homogénéité de la matière. Mais, au moins pour l'univers observable et à grande échelle, c'est très homogènes.

A plus grande échelle il pourrait y avoir des variations (c'est une des explications possibles de l'énergie noire).

Le modèle de Friedman utilise une densité strictement uniforme (sinon ce n'est plus le modèle de Friedman ). Diverses études théoriques ont déjà eut lieu avec des univers non homogènes. Mais les calculs sont horriblement compliquées (ou les simulations numériques).

Je sais qu'on a considéré des univers primordiaux avec une forte anisotropie. On constate que si la viscosité est "suffisante" alors l'univers peut rapidement devenir homogène et isotrope.

EDIT croisement avec amanuensis, on a manifestement les mêmes horaires . Mais sur un point totalement différent. Et je confirme son explication : la gravité locale = effet des hétérogénéité locale, expansion = effet lié à la densité globale, grissièrement homogène

[papy-alain]

Tout serait tout de même beaucoup plus simple si on ne considérait l'expansion que du point de vue de la matière et de l'énergie, dans un espace préexistant et infini.

[Amanuensis]

SI l'Univers était plus simple, existerions-nous ?

[papy-alain]

SI l'Univers était plus simple, existerions-nous ?

Mais oui, pourquoi pas ? L'univers est ce qu'il est, mais on n'en perçoit qu'une infime réalité. Il suffit de dresser la liste impressionnante des choses qu'on ignore pour s'en rendre compte. Quand tu dis "si l'univers était plus simple", je traduis par "si la représentation qu'on s'en fait était plus simple".

[Deedee81]

Quand tu dis "si l'univers était plus simple", je traduis par "si la représentation qu'on s'en fait était plus simple".

Ca revient au même, sa remarque est équivalente à "si l'univers était plus simple à décrire".

Note que tu peux plonger la variété espace-temps de l'univers dans un espace plat avec plus de dimensions (en excluant les difficultés topologiques que sont les trous noirs, c'est encore plus compliqué si tu mets les TN). Mais ça rend les choses encore plus compliquées

[invite499b16d5]

je traduis par "si la représentation qu'on s'en fait était plus simple".

Pourrions-nous exister si la Physique n'existait pas?
Si c'est l'humain en général, je crois que oui; s'il s'agit de nous autres, nous serions gravement en manque!

[Gilgamesh]

Tout serait tout de même beaucoup plus simple si on ne considérait l'expansion que du point de vue de la matière et de l'énergie, dans un espace préexistant et infini.

L'expansion de l'espace n'est pas un phénomène si compliqué à visualiser et il n'y a pas moyen de reproduire la même chose simplement avec de la matière dispersée dans un espace newtonien. Comment veux tu que 2 points s'éloignent l'un de l'autre à une vitesse proportionnelle à la distance qui les sépare, si tu leur attribue une vitesse propre à un instant donné ? Si l'expansion se déroulait dans un espace newtonien, l'univers ne serait pas isotrope : il dépendrait de la position absolue de l'observateur au sein de 'l'explosion' : il verrait les galaxie près de lui immobiles, puis dans une certaine direction et à partir d'une certaine distance les galaxies s'éloigner toutes à la même vitesse, comme une gerbe de chevrotine.

Avec l'expansion de l'espace, c'est plus simple et plus élégant à décrire : tous les observateurs sont immobiles en premier approximation et ils observent le même univers à grande échelle.

a+

[papy-alain]

L'expansion de l'espace n'est pas un phénomène si compliqué à visualiser et il n'y a pas moyen de reproduire la même chose simplement avec de la matière dispersée dans un espace newtonien. Comment veux tu que 2 points s'éloignent l'un de l'autre à une vitesse proportionnelle à la distance qui les sépare, si tu leur attribue une vitesse propre à un instant donné ? Si l'expansion se déroulait dans un espace newtonien, l'univers ne serait pas isotrope : il dépendrait de la position absolue de l'observateur au sein de 'l'explosion' : il verrait les galaxie près de lui immobiles, puis dans une certaine direction et à partir d'une certaine distance les galaxies s'éloigner toutes à la même vitesse, comme une gerbe de chevrotine.

Avec l'expansion de l'espace, c'est plus simple et plus élégant à décrire : tous les observateurs sont immobiles en premier approximation et ils observent le même univers à grande échelle.

a+

Mais je n'ai pas dit qu'on devait être dans un univers Newtonien. La théorie de la relativité est une réalité, puisqu'on peut en mesurer concrètement les effets. Rien n'empêche la matière de s'étendre à une vitesse accélérée sous la pression d'une énergie noire (encore bien mystérieuse à ce jour) en tous points de l'espace qu'elle occupe. Ceci n'est pas en contradiction avec un espace infini.

[invitebd2b1648]

Ce qu'il faut retenir, c'est que la gravitation écrante l'expansion !

@ +