Objets lointains...

[inviteba0a4d6e]

Salut

Un point que je ne parviens à comprendre est celui des photons provenant des objets lointains, et notamment l'interprétation que l'on en fait...

En effet, le rayonnement fossile émis 300 000 ans après le Big Bang semble s'être 'refroidi' du fait de l'expansion, ou plutôt les longueurs d'onde du rayonnement émis grandissent avec l'expansion...

Les photons provenant des objets les plus lointains que l'on puisse observer nous indiquent selon les calculs que plus ces objets sont éloignés, plus ils s'éloignent (de nous) encore plus rapidement...

Mais ce constat n'est-il pas une illusion du fait de l'expansion qui aurait modifié les propriétés de ces "vieux" photons, ou des longueurs d'onde ? Pourquoi n'en serait-il pas de même que pour les photons du rayonnement fossile ?

Disons que ce qui nous semble être la distance et la vitesse de ces lointains quasars ne serait pas la 'réalité', et nous élaborerions alors des conslusions sur des données "erronées", non ?
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[deep_turtle]

Mais ce constat n'est-il pas une illusion du fait de l'expansion qui aurait modifié les propriétés de ces "vieux" photons, ou des longueurs d'onde ? Pourquoi n'en serait-il pas de même que pour les photons du rayonnement fossile ?

Il en est de même pour ces photons : ils ont été émis comme rayons gamma, lors de la formation des premiers atomes, mais on les détecte aujourd'hui avec des longueurs d'onde 1000 fois plus grandes.

Disons que ce qui nous semble être la distance et la vitesse de ces lointains quasars ne serait pas la 'réalité', et nous élaborerions alors des conslusions sur des données "erronées", non ?

Les notions de vitesse et de distance peuvent être assez ambiguës en relativité générale (vitesse mesurée dans quel référentiel ? distance mesurée de quelle façon ?), mais certaines relations entre ces grandeurs ne le sont pas. Ce qu'on mesure en pratique, c'est d'une part un décalage vers le rouge, et d'autre part une distance angulaire ou une distance de luminosité. La relation entre ces deux grandeurs permet de déterminer les paramètres cosmologiques (aux incertitudes de mesure près).

[inviteba0a4d6e]

Ce qu'on mesure en pratique, c'est d'une part un décalage vers le rouge, et d'autre part une distance angulaire ou une distance de luminosité. La relation entre ces deux grandeurs permet de déterminer les paramètres cosmologiques (aux incertitudes de mesure près).

C'est justement sur ce point que je tiens à insister... Ce qu'on mesure, c'est surtout ce qu'on a se mettre "sous la dent" (you know what I mean ? ).

Sources wikipedia :

Le décalage vers le rouge peut avoir plusieurs causes :

(...)

L'expansion de l'univers

Actuellement, constatant le décalage vers le rouge des sources proportionnelles à leur distance, les modèles cosmologiques dominant l'interprètent comme un effet Doppler, impliquant un univers en expansion.

Une autre façon de dire la même chose est que l'expansion, en "allongeant" l'univers, allonge toutes les longueurs des photon en déplacement dans l'univers.

L'effet gravitationnel

La théorie de la relativité générale d'Einstein prédit que la lumière se déplaçant dans un champ de gravitation subit un décalage vers le rouge ou vers le bleu. Cet effet est appelé le décalage d'Einstein. Sur Terre, il est faible mais mesurable en utilisant l'effet Mössbauer. A proximité d'un trou noir, cet effet deviendrait significatif au point qu'à l'horizon des événements le décalage serait infini.

Ce décalage gravitationnel fut proposé dans les années 1960 comme explication des grands décalages vers le rouge observés pour les quasars, mais cette théorie n'est guère acceptée aujourd'hui.

Des effets d'optique

L'interaction de la lumière avec la matière (même rare, comme c'est le cas dans l'espace) peut provoquer un rougissement de la lumière : c'est l'effet Raman, connu depuis 1928 et base de la spectroscopie Raman. L'effet Raman peut également provoquer un bleuissement, qu'on n'observe pas dans le cas des sources astronomiques. Toutefois, une variante de l'effet Raman (l'effet CREIL) a récemment été proposée comme explication : le bleuissement serait subi par le rayonnement cosmologique de fond.

Dans cette hypothèse, l'importance respective des effets CREIL et Doppler a un impact direct sur la conception cosmologique, puisque cela remet en cause les estimations de vitesse moyenne des galaxies et l'origine du rayonnement cosmologique de fond.

La variation de la vitesse de la lumière (moins de crédit à celle-là )

La vitesse de la lumière pourrait diminuer avec le temps, des théories supposent même qu'au début elle aurait pu être infinie. On mesure cette vitesse avec une bonne précision depuis trop peu de temps pour qu'un éventuel ralentissement soit détectable et la définition actuelle du mètre rend désormais cette observation impossible. Si cette hypothèse est la bonne elle diminue ou annule le rôle de l'effet Doppler et donc du Big Bang mais conserve le caractère fini de l'âge de l'univers.

Mesure des distances et des vitesses cosmologiques, application au passé de l'univers

La distance des objets proches peut être mesurée directement, ce qui a permis de construire la loi de Hubble. Pour les objets les plus lointains, à partir de la loi de Hubble, il est possible de calculer leur distance estimée à partir de leur décalage vers le rouge, et aussi leur vitesse estimée par l'effet Doppler, dans l'hypothèse où il est la seule cause du décalage.

Enfin, si on suppose que l'univers a subi une expansion et que tout l'univers était initialement concentré en un point, alors cette distance correspond à une époque passée.

Ainsi, pour le rayonnement cosmologique de fond on peut estimer que z = 1100, ce qui conduit à lui attribuer comme date de naissance 300 000 ans après le big bang — à comparer avec l'âge actuel de l'univers (...).

Le cas des quasars pose un problème spécifique : ces objets présentent des décalages vers le rouge significativement plus importants que les galaxies. Dans le cadre des scénarii standards, cela signifierait qu'il s'agit d'objets lointains donc anciens, qui ne sont plus produits actuellement. Pourtant, d'autres indices permettent de douter de leur âge (à cause de l'abondance d'éléments relativement récents), et de leur distance (notamment parce que des quasars présentant un décalage vers le rouge important semblent à très courte distance des galaxies présentant de faibles décalage vers le rouge). Cela plaide pour un décalage provoqué par autre chose que simplement l'effet Doppler.

http://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9..._vers_le_rouge

Il y a donc tellement de facteurs permettant de s'interroger sur la véritable raison de ce décalage vers le rouge (et sur son 'authenticité'), que l'affirmation presque catégorique de l'estimation des vitesses et distances annoncées (les comptes rendus 'officiels') des objets très lointains me paraît bien fragile...

[deep_turtle]

Le point, c'est que chaque mesure de chaque décalage vers le rouge et de chaque distance te donne une info sur la cosmologie. Plus tu mesures d'objets indépendants, plus les contraintes sont fortes et moins il y a de modèles qui permettent d'en rendre compte.

L'hypothèse CREIL, par exemple, est complètement à la rue, elle ne permet pas de rendre compte de l'ensemble de la courbe redshift-distance. D'ailleurs je trouve ça hallucinant que ce soit même mentionné sur wikipedia... Je vais aller y faire un tour.

[A voir en vidéo sur Futura]

[deep_turtle]

J'invite d'ailleurs les personnes compétents à surveiller de près cet article de wikipedia, à l'évidence quelques vieilles connaissances utilisent ce moyen pour se convaincre du bien fondé de leurs propres "théories" (prenez l'emploi de ce grand mot comme une pointe d'humour).

[inviteba0a4d6e]

Mais admets-tu que les informations obtenues via ces photons ont pu être modifiées par un ou des phénomènes cosmologiques, par exemple les multiples passages (relativement à la distance et à la position de la source dans l'Univers) aux abords de galaxies, d'amas de galaxies ?

Alors, si quel que soit l'endroit du ciel observé, on obtient les mêmes conclusions d'après les analyses du redshift sur les mêmes distances, cela ne saurait être une coïncidence, mais est-ce le cas pour toutes les observations de quasars ou hypernovae ?

[deep_turtle]

Mais admets-tu que les informations obtenues via ces photons ont pu être modifiées par un ou des phénomènes cosmologiques, par exemple les multiples passages (relativement à la distance et à la position de la source dans l'Univers) aux abords de galaxies, d'amas de galaxies ?

oui, c'est d'ailleurs un des moyens indirects pour étudier les amas.

Alors, si quel que soit l'endroit du ciel observé, on obtient les mêmes conclusions d'après les analyses du redshift sur les mêmes distances, cela ne saurait être une coïncidence, mais est-ce le cas pour toutes les observations de quasars ou hypernovae ?

Tu veux parler des supernovae je pense, mais oui, c'est aussi le cas. Les études qui cherchent un dépendance en direction des effets observés (car bien sûr, il y a des gens qui cherchent exactement ça...) n'en trouvent pas, pour le moment.

[inviteba0a4d6e]

Alors, comment est-il possible que les changements de propriétés des photons (à cause de leurs passages aux abords de divers objets) pendant leur voyage soient exactement les mêmes quel que soit l'endroit du ciel observé ?

Ils ne peuvent pas 'rencontrer' ou être déviés par exactement le même nombre de galaxies ou amas de galaxies (et de la même masse) durant leur 'périple' !!!

Admettons que les photons parvenant jusqu'à la Terre, et provenant d'un quasar, soit passés à proximité de 5 amas de galaxies (amas qui bien entendu ont leurs particularités propres d'ailleurs, même si l'Univers est homogène dans son 'ensemble', selon ce qu'on est capable d'observer) dans une certaine partie de l'Univers...

Les photons correspondant à d'autres quasars (dans de multiples autres parties de l'Univers - par exemple aux 'antipodes' de la première observation) n'ont pas tous emprunté le même chemin, ils ont pu rencontrer 4 ou encore 10 amas au lieu de 5 comme les photons du premier quasar observé (amas qui ne se ressemblent peut-être pas en plus).
Les 'modifications' des photons devraient être différentes entre toutes les analyses du redshift de chaque quasar...

Or tu affirmes que chaque observation se ressemble quelle que soit la position du ciel que l'on ait pu observer...
Comment explique-t-on cette similitude ?

[inviteba0a4d6e]

deep_turtle, tu m'as laissé tomber ?

[deep_turtle]

Non non j'avais zappé ta réponse...

Je ne comprends pas bien ce que tu veux dire avec tes déviations par des amas. Les photons qu'on reçoit des objets lointains sont essentiellement décalés vers le rouge, et la relation entre ce décalage vers le rouge et la distance (à définir proprement, passons) est la même dans toutes les directions, d'après les observations.

Maintenant, quand les photons traversent des amas ça ne change pas leur décalage vers le rouge (ou très peu, passons aussi), ça provoque juste une légère déviation angulaire. A la limite, ça change la luminosité apparente des objets qu'on regarde et donc ça change légèrement l'estimation de la distance. Mais cet effet peut être estimé, il est faible, et de toutes façons dans le cas des supernovae il est extrêmement improbable que la lumière qu'on en reçoit subisse plusieurs déviations par plusieurs galaxies ou amas.

[inviteba0a4d6e]

Voici le pourquoi du comment de ma dernière interrogation...

Mais admets-tu que les informations obtenues via ces photons ont pu être modifiées par un ou des phénomènes cosmologiques, par exemple les multiples passages (relativement à la distance et à la position de la source dans l'Univers) aux abords de galaxies, d'amas de galaxies ?

...après quoi tu m'as répondu...

oui, c'est d'ailleurs un des moyens indirects pour étudier les amas.

J'en ai donc conclu que les diverses 'déviations' pouvaient modifier le redshift des photons...

[deep_turtle]

Ah OK je comprends ce que j'ai voulu dire...

C'est par leur déviation angulaire (et non par leur redshift) que les photons nous renseignent sur l'éventuel effet gravitationnel d'une galaxie qui viendrait s'interposer.

Bon, pour être complet, il faut signaler qu'il y a quand même un effet sur le redshift, mais ça concerne surtout les photons du CMB. Quand ils traversent un amas de galaxie, ils sont diffusés par les électrons présents, ce qui peut affecter leur énergie (donc leur redshift apparent). C'est l'effet Sunyaev-Zeldovitch.