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Le fond diffus cosmologique comme référentiel



  1. #1
    Seirios

    Le fond diffus cosmologique comme référentiel


    ------

    Bonsoir à tous,

    J'ai vu certaines valeurs de vitesses d'objets astronomiques données par rapport au fond diffus cosmologique.

    Comment fait-on pour obtenir ce genre de valeurs ? Je suppose qu'il est possible d'utiliser l'effet Doppler, mais qu'en est-il plus précisément ?

    Merci d'avance,
    Phys2

    -----
    If your method does not solve the problem, change the problem.

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  4. #2
    humanino

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Bonjour,

    c.f. dipole dans le fond diffus cosmologique. La temperature moyenne dans laquelle nous baignons est de 2.7 K. Il existe une anisotropie dipolaire de 3 mK, qui doit etre corrigee a cause des mouvements de la Terre autour du Soleil, du Soleil autour du centre de la galaxie etc...

    J'aime bien cette question a cause de ce genre de figures :

    Saurez-vous trouver le bon point ? Pourquoi l'ont-ils represente comme cela ?
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  5. #3
    Seirios

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par humanino Voir le message
    c.f. dipole dans le fond diffus cosmologique. La temperature moyenne dans laquelle nous baignons est de 2.7 K. Il existe une anisotropie dipolaire de 3 mK, qui doit etre corrigee a cause des mouvements de la Terre autour du Soleil, du Soleil autour du centre de la galaxie etc...
    Mais comment savoir quelle correction apporter aux relevés du CMB sans connaître a priori le mouvement le mouvement de la Voie Lactée par exemple ?
    J'aime bien cette question a cause de ce genre de figures :

    Saurez-vous trouver le bon point ? Pourquoi l'ont-ils represente comme cela ?
    Je peux savoir ce que représente le diagramme avant de répondre, je ne reconnais pas les grandeurs des axes ?
    If your method does not solve the problem, change the problem.

  6. #4
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Repost depuis hardware.fr + correction suite à la remarque de Rincevent.

    Il existe un référentiel privilégié dans l'Univers, le fond micro-onde fossile aka CMB (Cosmic microwave background), aka surface de dernière diffusion, témoin de sa prime jeunesse, quand il était chaud et homogène. En dessous de 3000 K environ le plasma originel est devenu atomique (les électrons se sont liés aux protons pour former l'atome d'hydrogène), ce qui a rendu l'univers transparent d'un coup. Cette lumière baigne tout l'univers et provient de toute la voute céleste. Le rayonnement d'un corps à la température T a son pic de longueur d'onde à 3000/T micron. Donc, pour 3000 K à 1 micron (dans le proche infra rouge). Le décallage vers le rouge du a l'expansion a décallé ce rayonnement d'un facteur 1100, et on l'observe donc à 1µm *1100 = 1,1 mm, dans le domaine micro onde, donc.

    Le rayonnement originel forme un gaz de photons de spectre thermique à 2,725 K extrêmement homogène (au 1/100 000e de degré près). C'est de loin le rayonnement le plus puissant de l'Univers : 999 photons sur 1000 proviennent du CMB, le reste provient des étoiles depuis qu'elles émettent de la lumière.

    Un corps entraîné par l’expansion sans mouvement propre verra le CMB exactement à la même température dans toutes les directions. Le mouvement propre de l'observateur (composante des vitesses de la Terre autours d'elle même, si l'observatoire est lié à la Terre, de la Terre autours du Soleil, du Soleil dans la Galaxie, de la Galaxie dans le Groupe Local, du Groupe Local vers l'amas de la Vierge et de l'amas de la Vierge lui même vers d'autres amas) se traduira par une composante de vitesse mesurable directement par effet Doppler sur le spectre du CMB. C'est l'anisotropie dipolaire (image du haut), qui imprime sur le CMB un différentiel de température de 1e-3 K environ, tandis que les anisotropies propres (celles imputables aux inhomogénéités du bébé univers) sont de 1e-5 seulement (image du bas, corrigée de l'anisotropie dipolaire).


    Correction faite de la vitesse du satellite (7,4 km/s) et de la vitesse de la Terre autours du Soleil (30 km/s), l'anisotropie (le différentiel de température entre les deux pôles de la voûte céleste) est de : delta T = 3.365±0.027 mK ce qui se traduit par une vitesse de 368 ± 2 km/s dans la direction (l, b) = (264°.4±0°.3, 48°.4±0°.5) du référentiel galactique (c'est la flèche de 400 km/s sur schéma ci dessous).

    Connaissant (assez mal, d'où la plus forte incertitude sur la vitesse...) le mouvement du Soleil dans la Galaxie, on peut en déduire la vitesse de la Galaxie elle même (en fait du Groupe Local, constitué de la Galaxie et de ses voisines proches) :
    v = 627±22km/s en direction du point de référentiel galactique (l, b) = (276°±3°,30°±3°)
    (c'est la flèche de 600 km/s sur 3e schéma, qui donne des vitesses arrondies).

    Le pôle bleu de l'anisotropie est situé à 12° Sud du plan de l'écliptique et fait un angle de 22° vers l'extérieur (de la Galaxie) avec la vitesse orbitale du Soleil, projeté sur le plan galactique.
    Images attachées Images attachées
    Dernière modification par Gilgamesh ; 10/02/2011 à 10h30.
    Parcours Etranges

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #5
    Rincevent

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    salut,

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Il existe un référentiel absolu dans l'Univers
    cette expression est extrêmement malvenue... le mot "absolu" a un sens précis en physique qui ne correspond absolument pas () au rôle du CMB. Il est plus correct de parler de "référentiel privilégié".

    Citation Envoyé par Phys2
    Je peux savoir ce que représente le diagramme avant de répondre, je ne reconnais pas les grandeurs des axes ?
    grossièrement sur l'axe vertical tu as la luminosité et sur l'axe horizontal le nombre "l" que tu dois avoir rencontré lors de la décomposition en harmoniques sphériques ou en physique atomique pour le spectre de l'atome d'hydrogène. Chaque "l" est équivalent à une résolution angulaire indiquée sur l'axe horizontal supérieur.
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  9. #6
    Gloubiscrapule

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Pour compléter un peu ce qu'à dit Rincevent, ça te donne une idée sur la taille caractéristique (taille angulaire) que l'on va retrouver dans les fluctuations du CMB.
    Et cette taille caractéristique est liée à la vibration du plasma primordial. Quand on créé une perturbation dans ce plasma, celle-ci va se propager à la vitesse du son dans le milieu. Et le premier pic correspond justement à la vitesse du son parcourue depuis que la perturbation a été créée (en gros depuis le début de l'univers). Donc à l'époque de l'émission du CMB, on peut connaitre cet "horizon acoustique" par le calcul (la vitesse du son dans de la matière relativiste couplée au rayonnement est égale à c/sqrt(3)). Les autres pics sont d'autres modes de vibration.

    Ce qui est pratique c'est que l'amplitude des pics, leur largeur, leur position dépend des paramètres cosmologiques comme la densité de baryons, de matière noire, d'énergie sombre, la constante de Hubble etc...

    Ici tu peux t'amuser à les faire varier pour voir l'influence sur le spectre:
    http://map.gsfc.nasa.gov/resources/c...l/cmb_plot.swf

    A toi de trouver les bon paramètres!!

    Si pour l'instant WMAP a bien pu déterminer l'allure du premier pic et du 2ème, l'incertitude sur les autres est beaucoup plus grande, ce que le satellite Planck devra nettement mieux affiner et cela pourra donner des infos plus précise sur l'inflation par exemple!
    Quand le sage montre la lune, l'imbécile regarde le doigt...

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  11. #7
    stefjm

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Il existe un référentiel privilégié dans l'Univers, le fond micro-onde fossile aka CMB (Cosmic microwave background), aka surface de dernière diffusion, témoin de sa prime jeunesse, quand il était chaud et homogène.
    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    cette expression est extrêmement malvenue... le mot "absolu" a un sens précis en physique qui ne correspond absolument pas () au rôle du CMB. Il est plus correct de parler de "référentiel privilégié".
    Bonjour,
    Que ce soit l'un ou l'autre dérange ma relativité.

    Dois-je comprendre que la relativité est mise en difficulté par ce référentiel? (absolu, privilégié, etc...)

    C'est quand même un peu fort d'affirmer d'un coté que tous les référentiels inertiels se valent et d'exhiber de l'autre coté un référentiel privilégié! (Au passage, j'ai viré les guillemets, ça me fait trop penser aux blondes...)

    Cordialement.
    Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».

  12. #8
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Salut,

    Citation Envoyé par stefjm Voir le message
    Bonjour,
    Que ce soit l'un ou l'autre dérange ma relativité.

    Dois-je comprendre que la relativité est mise en difficulté par ce référentiel? (absolu, privilégié, etc...)

    C'est quand même un peu fort d'affirmer d'un coté que tous les référentiels inertiels se valent et d'exhiber de l'autre coté un référentiel privilégié! (Au passage, j'ai viré les guillemets, ça me fait trop penser aux blondes...)
    La réponse à ta question est "non".

    Quand la relativité (et la physique classique aussi !) dit que tous les repères se valent cela signifie qu'il n'y a pas de repère absolu. Cela signifie que les phénomènes physiques ne dépendent pas du choix effectué pour noter les coordonnées (repère + système de coordonnées). Et donc qu'idéalement on ne devrait pas formuler les lois de manière à ce qu'elles prennent une forme spéciale dans un repère donné (repère absolu). Mais ce n'est pas une obligation (exemple typique : la jauge de Coulomb).

    Par contre, des situations privilégiées, ça existe ! La relativité ne s'applique pas à un univers vide Stef ! Le repère géocentrique est, par exemple, un repère privilégié. Il est privilégié par la présence de la Terre à laquelle il est rattaché.

    Cela ne signifie pas que les lois y prennent une forme spéciale. Mais ça signifie que les valeurs des grandeurs physique (par exemple la position de la Terre) peuvent y prendre une valeur particulière (0, 0, 0 pour la position de la Terre dans le repère géocentrique).

    Dis, t'es sur que je ne t'avais pas déjà expliqué çà sur f.s.p ???
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  13. #9
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par stefjm Voir le message
    ça me fait trop penser aux blondes...)
    Tiens, ça m'avait échappé . Pourquoi les blondes ?
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  14. #10
    stefjm

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Dis, t'es sur que je ne t'avais pas déjà expliqué çà sur f.s.p ???
    Je ne crois pas. (ou alors, il faudrait que je recherche...)

    Si référentiel absolu (privilégié), alors vitesse absolue (privilégiée), ce qui est contraire à ce que j'ai appris, puisque les vitesses sont relatives.

    Plutôt que de dire que la relativité ne s'applique pas à un univers vide, je dirais plutôt qu'elle ne s'applique pas à l'ensemble de l'univers, puisqu'à cette échelle, il y a un référentiel privilégié.

    Non?

    Pour les blondes, c'est parce qu'elles mettent des guillemets partout! Du genre : t'es "intelligent" toi et quand tu le fais exprès, tu es trop "bête".
    C'est dur de suivre la "pensée" d'une "blonde"...
    Moi ignare et moi pas comprendre langage avec «hasard», «réalité» et «existe».

  15. #11
    humanino

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Il y a toujours un referentiel privilegie des qu'il y a de la matiere quelque part : le referentiel dans lequel cette matiere est au repos. C'est plus ou moins ce que l'on fait lorsqu'on utilise la metrique comobile.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"

  16. #12
    Amanuensis

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Sur le sujet je vais poser une question un peu compliquée, je vais faire de mon mieux pour la faire comprendre.

    La vitesse de l'observateur relativement au CMB se mesure à partir du moment dipolaire mesuré localement.

    Mais comment peut-on mesurer la vitesse relative d'un objet distant par rapport au CMB, c'est à dire le moment dipolaire vu de l'objet distant ?

    Même en imaginant qu'on connaisse précisément la vitesse de l'objet distant relativement à l'observateur, qu'est-ce qui permet de penser qu'on puisse calculer sa vitesse relative au CMB ?

    Le fond de la question est que "l'objet" CMB n'est pas du tout de la même nature que les objets matériels utilisés couramment comme référentiel, comme la Terre le Soleil ou la Galaxie : c'est un rayonnement omni-présent. Un référentiel "classique" est plus ou moins une extension euclidienne d'un objet rigide. Cela ouvre deux interprétations pour le référentiel CMB : l'une est que c'est le référentiel de l'observateur décalé en vitesse de manière à compenser le moment dipolaire vu de l'observateur et on reste dans la notion d'extension euclidienne ; le second est que c'est un référentiel tel que tout objet immobile par rapport à ce référentiel, où/quand qu'il soit, reçoit le CMB avec un moment dipolaire nul, et on est alors, peut-être, très loin de la notion d'extension euclidienne.

    Quelle est la bonne interprétation ? La première est "facile" à employer (cela ne change pas vraiment des référentiels "classiques", on fait juste une correction de vitesse) mais c'est un leurre de voir le référentiel comme "universel" ; la second soulève des questions quand à son usage pratique et ses propriétés.

    Je précise que pour moi les deux concepts sont très différents, et donc que cela me gêne d'utiliser un terme laissant l'ambiguïté.

    Cordialement,

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  18. #13
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Salut,

    Citation Envoyé par stefjm Voir le message
    Si référentiel absolu (privilégié), alors vitesse absolue (privilégiée)
    Il est clair que le désaccord vient de ce que tu utilises les mots "repère absolu" et "repère privilégié" comme synonymes.

    Je ne te jette pas la pierre pour ça. Le sens donné à ces mots varie considérablement d'un auteur à l'autre. Hélas. Et cette synonymie je l'ai déjà rencontrée.

    Mais est tout aussi clair que dans les explications de Rincevent et les mienne on n'a pas donné un sens identique au deux. C'est pour ça que j'ai précisé le sens dans mon message.

    Citation Envoyé par stefjm Voir le message
    Pour les blondes, c'est parce qu'elles mettent des guillemets partout! Du genre : t'es "intelligent" toi et quand tu le fais exprès, tu es trop "bête".
    C'est dur de suivre la "pensée" d'une "blonde"...
    D'accord, j'ai "compris"

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    Mais comment peut-on mesurer la vitesse relative d'un objet distant par rapport au CMB, c'est à dire le moment dipolaire vu de l'objet distant ?
    Surtout avec l'expansion. Il ne suffit pas de mesurer la vitesse de l'objet par rapport à l'observateur.

    Mais je ne comprend pas trop bien ton analyse ni quel est le problème.

    Mais à mon avis, s'il y a des problèmes d'interprétations, en particulier à cause de l'expansion (il me semble que la difficulté que tu soulèves est la même qu'entre distinction de mouvement propre et de "mouvement" dû à l'expansion, c'est ça ???, ce qui n'est pas un problème de RR), le mieux est de raisonner en utilisant la relativité générale.

    Dans ce cas, on peut clairement définir les repères comobiles et la vitesse propre d'un objet dans les repères comobiles (repères locaux attachés au gaz isotrope et homogène, selon le principe cosmologique). Il se fait que cela est donné par le dipole.
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  19. #14
    betatron

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Dans ce cas, on peut clairement définir les repères comobiles et la vitesse propre d'un objet dans les repères comobiles (repères locaux attachés au gaz isotrope et homogène, selon le principe cosmologique). Il se fait que cela est donné par le dipole.
    Salut,
    j'ai cru comprendre que le problème soulevé par Amanuensis n'est pas comment on les définit, mais comment on peut les mesurer d'ici? J'ai moi aussi quelques interrogations par rapport à ça.
    Et si on plus on introduit l'expansion, cela rejoint une question que j'ai évoquée dans le dernier fil en date sur les jumeaux:
    peut-on sur une courte période de temps la négliger pour des problèmes de RR et parler de vitesses par rapport au CMB, ou bien intervient-elle activement dans les mesures de vitesses effectives?

  20. #15
    Gloubiscrapule

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par Amanuensis Voir le message
    Mais comment peut-on mesurer la vitesse relative d'un objet distant par rapport au CMB, c'est à dire le moment dipolaire vu de l'objet distant ?
    Avec l'effet SZ, les photons du CMB vont interagir avec les électrons du gaz chaud des amas de galaxies. On va avoir une modification dans les fluctuations de température du CMB quand celui-ci traverse un amas de galaxies. D'une part à cause de l'effet compton inverse (gain d'énergie des photons à cause des électrons énergétiques) et d'une part à cause de la vitesse relative de l'amas avec le CMB.
    Quand le sage montre la lune, l'imbécile regarde le doigt...

  21. #16
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    j'ai cru comprendre que le problème soulevé par Amanuensis n'est pas comment on les définit, mais comment on peut les mesurer d'ici?
    En fait, je n'ai pas bien compris. Si ce n'est que, oui, la vitesse propre d'un objet éloigné est difficile voire impossible à mesurer.

    Citation Envoyé par betatron Voir le message
    peut-on sur une courte période de temps la négliger pour des problèmes de RR et parler de vitesses par rapport au CMB, ou bien intervient-elle activement dans les mesures de vitesses effectives?
    Oui, on peut puisque en réalité on parle de vitesse dans le repère comobile (qui est aussi celui du gaz ayant émis le CMB).

    On peut même faire de la cosmologie en utilisant la physique newtonienne. ....jusqu'à un certain point. Faut être prudent dans ce qu'on dit.

    On fait souvent cela : quand on parle du redshift comologiques des galaxies éloignées. On dit parfois que c'est l'expansion de l'espace (point de vue tiré de la RG) et on parle aussi souvent de vitesse de récession (point de vue RR ou newtonien). Et la relation vitesse / décalage Doppler peut se faire avec la formule classique, non relativiste, sur une très grande partie de l'univers observable !

    En fait, si on considère une bonne portion de l'univers observable, ce qui s'y passe ne change pas beaucoup selon qu'on emploie RG, RR ou Newton. Si ce n'est la façon de dire les choses.

    La raison à cela est que la vitesse de récession ne devient relativiste qu'à très très grande distance et aussi le fait que l'univers est spatialement quasiment plat.

    La seule chose à éviter comme la peste c'est de tout mélanger, surtout les langages, de Newton, RR et RG. Sinon on arrive vite à une soupe qui accouche de bêtises (si, si, la soupe peut accoucher )

    Il faut aussi éviter Newton ou la RR si on parle de tout l'univers évidemment.

    Et même la RG est à éviter dès qu'on touche au point t = 0. Malheureusement on n'a pas encore de remplaçant
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  22. #17
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par Gloubiscrapule Voir le message
    Avec l'effet SZ
    Intressant ça Merci de cette explication,
    "Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)

  23. #18
    Nicophil

    Re : Le fond diffus cosmologique comme référentiel

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    Oui, on peut puisque en réalité on parle de vitesse dans le repère comobile (qui est aussi celui du gaz ayant émis le CMB).

    On peut même faire de la cosmologie en utilisant la physique newtonienne. ....jusqu'à un certain point. Faut être prudent dans ce qu'on dit.

    On fait souvent cela : quand on parle du redshift comologiques des galaxies éloignées. On dit parfois que c'est l'expansion de l'espace (point de vue tiré de la RG) et on parle aussi souvent de vitesse de récession (point de vue RR ou newtonien). Et la relation vitesse / décalage Doppler peut se faire avec la formule classique, non relativiste, sur une très grande partie de l'univers observable !

    En fait, si on considère une bonne portion de l'univers observable, ce qui s'y passe ne change pas beaucoup selon qu'on emploie RG, RR ou Newton. Si ce n'est la façon de dire les choses.

    La raison à cela est que la vitesse de récession ne devient relativiste qu'à très très grande distance et aussi le fait que l'univers est spatialement quasiment plat.

    La seule chose à éviter comme la peste c'est de tout mélanger, surtout les langages, de Newton, RR et RG. Sinon on arrive vite à une soupe qui accouche de bêtises (si, si, la soupe peut accoucher ).
    Bonjour à tous,
    Dans un autre fil, j'ai cité Gilgamesh et pm42 a posé ces questions :
    Citation Envoyé par pm42 Voir le message
    Je suis surpris d'où 2 questions : comment définit on ce référentiel précisément ?
    En quoi cette affirmation n'est pas contradictoire avec la Relativité qui explique qu'il n'y a pas de référentiel privilégié ?


    Oui mais 2 corps différents s'éloigneront à une vitesse croissante. Donc pour que les 2 soient immobiles, il va falloir utiliser 2 référentiels différents.
    C'est lequel celui qui est privilégié ?
    La réalité, c'est ce qui reste quand on cesse de croire à la matrice logicielle.

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