Sursauts gamma, photons et topologie de l'Univers ?

[inviteba0a4d6e]

Salut

Nous pouvons affirmer que quel que soit l'endroit où nous pourrions nous situer dans le Système Solaire, une faible partie des photons produits par le Soleil atteindrait la rétine de nos yeux (à moins qu'un objet soit entre l'astre et nous-mêmes, mais ce n'est pas le sujet), nous verrions donc le Soleil...

Idem si nous nous trouvons à 100 a-l du SS, nous verrions le Soleil comme un point brillant, mais nous le verrions quand même (toujours de n'importe quel endroit). Afin de recouvrir la surface d'une sphère de rayon de 100 a-l (avec le Soleil pour centre), soit 125 600 al², il faut un nombre considérable de photons (émis en même temps)...

Alors, je me suis posé la question pour les objets responsables des sursauts gamma dans les confins de notre Univers visible (je prends comme exemple le sursaut GRB 050904 évalué à une distance de 13,9 Gal détecté par le satellite Swift le 4 septembre 2005 ref).

Cela représenterait une surface de (à peu près) 24 267 176.10¹⁴ al² (!!! corrigez-moi si je me trompe...) à couvrir en tous points afin que l'on puisse déceler les photons de n'importe quel endroit du Cosmos dans un rayon de 13,9 Gal avec le sursaut pour centre (et encore, jusqu'à notre Planète, car ces flashs continuent leur parcours dans l'Univers après avoir dépassé notre SS).

On pourrait également calculer le volume de la "croûte" de la sphère (imaginaire, on s'entend) baigné par les photons, car le flash ne dure pas le temps de Planck mais une fraction de seconde (ou plus d'une seconde parfois) d'une durée bien plus grande...

1) Etant donné que le nombre de photons nécessaires afin d'être visibles en tous points dans un rayon de 13,9 Gal n'est pas infini, peut-on calculer combien de photons ont été émis lors de ce sursaut gamma pour recouvrir une surface de 24 267 176.10¹⁴ al² au minimum ?

2) Comme le sursaut forme une sphère de 13,9 Gal de rayon (minimum), il devrait également atteindre l'autre "côté" de l'Univers à partir de la source, à l'opposé de la Terre, soit à 27.8 Gal de celle-ci, en considérant l'Univers relativement plat...
En supposant que l'on perçoive un flash identique à celui-ci dans un laps de temps certain (et qu'on détermine la même origine de la source avec précision), mais en provenance de l'autre côté de l'Univers (par rapport à l'endroit d'où a été perçu le premier sursaut), pourrait-on confirmer que l'Univers est limité mais sans bord et que le sursaut a fait le "tour" de l'Univers ?
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[inviteba0a4d6e]

Aucune idée ?

[kaya31]

Salut,

Bin j'ai pas de réponse mais plutôt une question.
Ton raisonnement suppose que le rayonnement issu d'un sursaut gamma est isotrope (je sais pas si le terme est vraiment adéquat mais je veux signifier par là que le sursaut gamma rayonne avec la même intensité dans toutes les directions).
Est ce que c'est le cas d'après nos connaissances et nos modèles sur les sursauts gammas ???

[inviteba0a4d6e]

Bah c'est ce que je souhaierais aussi savoir, mais on dirait que ce fil n'inspire pas beaucoup les spécialistes du forum (avis aux intéressés ).

Mais admettons que les lois soient les mêmes ("là-bas") et que le rayonnement n'ait pas subi de changements (et si c'était le cas, qu'est-ce qui en serait la cause ?)...

En fait, durant son périple, la 'sphère' de photons a été déformée, fracturée en puzzle par les objets rencontrés en chemin... Une galaxie par-ci, un nuage de gaz par-là, etc... et la multitude d'infimes parties de la 'sphère' a pris des routes bien différentes, jusqu'à ce qu'un échantillon parvienne jusqu' à la Terre (et d'autres vers la Galaxie d'Andromède, ...).

Une nouvelle interrogation me vient à l'esprit : ce rayonnement semble provenir d'une région située (à l'époque ?) à 13,9 Gal... Les routes sinueuses empruntées par ces photons jusqu'à la Terre les ont faits 'tourner' dans l'Espace, de sorte que les informations recueillies sont peut-être erronées à cause de tous ces changements de cap...(?)

Ne pourrait-ce pas être qu'un 'mirage' dû aux nombreux objets rencontrés en chemin, et la distance n'est pas si 'astronomique' que ça ? Et le lieu réel de la source n'est pas à l'endroit indiqué par les données reçues ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[GillesH38a]

c'est bien sûr la première question qu'on s'est posée en détectant les sursauts gammas. Pendant longtemps on a hésité entre une hypothèse "proche" (dans la galaxie) et "lointaine" (extragalactique).
L'hypothèse extragalactique conduisait à une quantité d'énergie émise tellement pharamineuse qu'on a longtemps privilégié des objets galactiques. Mais les résultats de BATSE au début des années 90 ont montré que les sursauts etaient isotropes, mais avec une densité décroissant avec la distance. Seule l'hypothèse extragalactique était compatible, et il fallait admettre qu'ils etaient très loin. Le calcul que tu détailles montre effectivement une luminosité extrême (en fait la puissance instantanée pendant quelques secondes est supérieure à l'ensemble des objets de l'Univers visible!!!)

A part ça, il peut y avoir un effet de mirage gravitationnel, mais tous les photons suivant le même trajet, il agirait aussi sur les photons de la galaxie hote. On peut tester cette hypothèse sur l'image de la galaxie (qui aurait des déformations caractéristiques).

Pour le trajet qui "ferait le tour" de l'Univers, c'est impossible dans un Univers clos, dans un temps inférieur à sa durée de vie. Ce n'est qu'au moment du "Big Crunch final" que les trajets opposés se rejoignent.

[inviteba0a4d6e]

Mais les résultats de BATSE au début des années 90 ont montré que les sursauts etaient isotropes, mais avec une densité décroissant avec la distance.

Tu fais allusion à une quantité plus importante de photons reçus pour une source plus proche de nous ? Comme si la 'sphère' photonique plus petite rassemblait à sa surface plus de photons, donc moins 'éparpillés' les uns des autres du fait de la plus faible distance parcourue depuis la source (?)

A part ça, il peut y avoir un effet de mirage gravitationnel, mais tous les photons suivant le même trajet, il agirait aussi sur les photons de la galaxie hote. On peut tester cette hypothèse sur l'image de la galaxie (qui aurait des déformations caractéristiques).

Tu veux dire que la puissance du rayonnement pourrait 'arracher', entraîner des photons de la galaxie rencontrée ?

Pour le trajet qui "ferait le tour" de l'Univers, c'est impossible dans un Univers clos, dans un temps inférieur à sa durée de vie. Ce n'est qu'au moment du "Big Crunch final" que les trajets opposés se rejoignent.

Impossible ? La phase de dilatation/inflation étant très ralentie, les photons voyageant à c ne pourraient-ils pas 'rattraper' la limite de l'Univers pour revenir à leur point de départ (la source n'existerait plus bien évidemment) en passant par la case Terre (dans le cas d'un Univers limité mais sans bord) ?

D'ailleurs, connaît-on la vitesse actuelle de dilatation de l'Univers/espace-temps (si cette question a un sens) ?

[GillesH38a]

Tu fais allusion à une quantité plus importante de photons reçus pour une source plus proche de nous ? Comme si la 'sphère' photonique plus petite rassemblait à sa surface plus de photons, donc moins 'éparpillés' les uns des autres du fait de la plus faible distance parcourue depuis la source (?)

Naturellement, plus la source est proche, plus elle est brillante (nombre de photons recus par unité de surface L) à luminosité egale (nombre de photons total émis N) (c'est comme pour les étoiles). On a simplement. Reciproquement, pour un L mesuré, N est d'autant plus petit que R est petit.

Tu veux dire que la puissance du rayonnement pourrait 'arracher', entraîner des photons de la galaxie rencontrée ?

Non , plus simplement les sursauts sont des evenements qui se produisent dans des galaxies lointaines. Probablement des effondrements d'étoiles très massives (hypernovae) ou la fusion d'étoiles à neutrons ou d'une étoile à neutron avec un trou noir. Il existe deux types de sursauts, leslongs et les courts, qui sont probablement dus à a chacun des mécanismes. Comme on sait les localiser assez précisement pour retrouver la galaxie "hôte", depuis plusieurs années pour les longs et très récemment pôur les courts (voir http://forums.futura-sciences.com/thread47225.html), on voit aussi directement les photons ordinaires émis par les étoiles de la galaxie (son image quoi). Si il y a lentille gravitationnelle, elle agit aussi sur ces photons.

Impossible ? La phase de dilatation/inflation étant très ralentie, les photons voyageant à c ne pourraient-ils pas 'rattraper' la limite de l'Univers pour revenir à leur point de départ (la source n'existerait plus bien évidemment) en passant par la case Terre (dans le cas d'un Univers limité mais sans bord) ?

D'ailleurs, connaît-on la vitesse actuelle de dilatation de l'Univers/espace-temps (si cette question a un sens) ?

Pour la deuxième, oui , c'est simplement la constante de Hubble. La vitesse d'éloignement relatif est proportionnelle à la distance, c'est environ 70 km/s/megaparsec. Ca peut etre traduit en "% par an" comme un taux d'inflation, mais c'est alors très très petit (10^-8 % par an environ, en gros l'inverse de son age en fait)

Le calcul du trajet d'un photon montre qu'il ne peut pas faire le tour de l'Univers en un temps plus court que sa vie sans constante cosmologique. Avec, c'est encore pire (l'expansion accélére).

[invité576543]

Ca peut etre traduit en "% par an" comme un taux d'inflation, mais c'est alors très très petit (10^-8 % par an environ, en gros l'inverse de son age en fait)

Bonjour,

Ca fait bizarre en %... Pourquoi pas 2.3 10^-12 s^-1? (C'est ce que je trouve pour 70 km/1 Megaparsec...)

Amicalement,

[inviteba0a4d6e]

Pour la deuxième, oui , c'est simplement la constante de Hubble. La vitesse d'éloignement relatif est proportionnelle à la distance, c'est environ 70 km/s/megaparsec. Ca peut etre traduit en "% par an" comme un taux d'inflation, mais c'est alors très très petit (10^-8 % par an environ, en gros l'inverse de son age en fait).

J'ai du mal avec cette constante... On est bien d'accord qu'il s'agit de distance par rapport à la Terre... Plus on regarde loin, et plus les objets semblent accélérer... Mais comme la Terre n'est pas le centre de l'Univers, et qu'il n'y a pas de référentiel absolu, pourquoi ces galaxies s'éloigneraient de nous plus rapidement au fur et à mesure qu'elles sont plus éloignées ?

Si l'on regardait la Voie Lactée depuis une galaxie très éloignée, on aurait la même impression, non ? Et ce pour toutes les galaxies observées dans chaque région...
Donc cet accroissement de la vitesse n'est-il pas une conclusion caduque du fait de l'interprétation de la réception des photons, et ne représenterait pas la réalité... (?)

[GillesH38a]

Le plus simple est de te représenter le cas où le rayon de la Terre gonflerait, mettons de 10 % par an. Es tu d'accord que la distance entre toutes les villes augmenterait aussi de 10 % par an ?
Dans cas, en un an, la distance de Lyon a Paris passerait de 500 à 550 km, celle de Paris à New York passerait de 5000 à 5500 km, donc la vitesse relative serait de 50 km/an pour les premières et 500 km/an pour les secondes, elle est bien proportionnelle à leur distance.
Naturellement chaque ville aurait l'impression d'etre immobile et que ce soient les autres qui s'éloignent d'elles, d'autant plus vite qu'elles sont loin!

Mmy, j'ai converti en % par an juste pour comparer à l'inflation économique . Naturellement l'unité SI est la s^-1 (dimension T^-1), mais 10^-10 an ^-1 (inverse de l'age de l'Univers de l'ordre de 10 milliards d'années), ça fait plutot 3. 10^-18 s ^-1 ....

[inviteba0a4d6e]

Le plus simple est de te représenter le cas où le rayon de la Terre gonflerait, mettons de 10 % par an. Es tu d'accord que la distance entre toutes les villes augmenterait aussi de 10 % par an ?
Dans cas, en un an, la distance de Lyon a Paris passerait de 500 à 550 km, celle de Paris à New York passerait de 5000 à 5500 km, donc la vitesse relative serait de 50 km/an pour les premières et 500 km/an pour les secondes, elle est bien proportionnelle à leur distance.
Naturellement chaque ville aurait l'impression d'etre immobile et que ce soient les autres qui s'éloignent d'elles, d'autant plus vite qu'elles sont loin!

L'écriture est quand même une belle invention ! Quelques lignes suffisent à m'enlever une épine du pied ;ça fait du bien...