Rayonnement diffus cosmologique

[invited749d0b6]

Bonjour,
Pourriez-vous m'expliquer pourquoi le rayonnement diffus cosmologique etait a 3000K lorque l'univers devint transparent ?
Est-ce parce que 3000K est la temperature seuil telle que les photons ne reagissent plus avec les electrons qui sont captures par les noyaux pour des raisons d'agitation moindre ? ou bien 3000K correspond a un photon de longueur d'onde egale a la distance parcourue par la lumiere depuis la naissance de l'univers (comme il me semble l'avoir lu dans un livre,mais je ne comprends pas cette explication)
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[invite8c514936]

C'est la température à laquelle le bain de photons devient trop peu efficace pour ioniser les atomes d'hydrogène. Aux température plus hautes l'atome d'hydrogène est sans cesse ionisé par les photons, alors qu'aux températures plus basses il reste tranquillement neutre : l'Univers devient composé d'atomes et non plus d'un plasma noyaux+électrons.

[invited749d0b6]

Merci ! Je ne voyais pas pourquoi le rayonnement devait etre periodique de longueur d'onde la taille de l'univers visible.

[invité576543]

C'est la température à laquelle le bain de photons devient trop peu efficace pour ioniser les atomes d'hydrogène. Aux température plus hautes l'atome d'hydrogène est sans cesse ionisé par les photons, alors qu'aux températures plus basses il reste tranquillement neutre : l'Univers devient composé d'atomes et non plus d'un plasma noyaux+électrons.

Bonjour,

Comment calcule-t-on la valeur de la température? Un raisonnement juste sur les ordres de grandeur donne : énergie d'ionisation = 13.6 eV, ce qui correspond, converti via k, à 15800 K. D'où vient le facteur 5? La proportion d'atomes ionisés?

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8c514936]

En effet, ce calcul d'ordre de grandeur donne une temp&#233;rature trop &#233;lev&#233;e. C'est parce que le nombre de photon est beaucoup (10⁹) plus grand que celui de noyaux/&#233;lectrons. Du coup l'&#233;quilibre photons + atome <-> electron + noyau est d&#233;plac&#233; vers la droite.

Dit autrement, m&#234;me &#224; une temp&#233;rature plus basse que celle que tu obtiens, la queue de distribution des photons en contient encore plein qui ont une &#233;nergie suffisante pour ioniser l'hydrog&#232;ne. Il faut attendre 3000 K pour que ce ne soit plus le cas...

Pour calculer &#231;a, il faut &#233;crire l'&#233;quation de Saha qui d&#233;crit l'&#233;quilibre "chimique" pr&#233;c&#233;dent.

[invité576543]

9[/exp]) plus grand que celui de noyaux/électrons. Du coup l'équilibre photons + atome <-> electron + noyau est déplacé vers la droite.

Dit autrement, même à une température plus basse que celle que tu obtiens, la queue de distribution des photons en contient encore plein qui ont une énergie suffisante pour ioniser l'hydrogène. Il faut attendre 3000 K pour que ce ne soit plus le cas...

Pour calculer ça, il faut écrire l'équation de Saha qui décrit l'équilibre "chimique" précédent.

OK, je vois l'idée. L'équation de Saha telle qu'on la trouve usuellement est juste celle de l'équilibre atome <-> électron + noyau, mais j'imagine qu'il doit y avoir une version modifiée pour inclure la densité de photons. Ca ressemble à une sorte de loi d'action de masse avec déplacement de l'équilibre dû à un excès d'un des réactifs...

Amicalement,

[invite8c514936]

Après une petite replongée dans les bouquins, tu as raison pour l'équation de Saha, elle est valable à l'équilibre thermodynamique, et donc ne dit rien sur la température à laquelle l'équilibre est rompu...

Il faut décrire pleinement la dynamique de la recombinaison dans l'Univers en expansion, et on arrive en effet à la conclusion de ta phrase finale.

[invite8915d466]

Bonjour

oui, la densité de photons n'est pas un paramètre libre parce qu'elle entièrement fixée par la température pour un spectre de corps noir. C'est la densité de matière de l'Univers au moment de la recombinaison (dépendant des paramètres cosmologiques) qui varie. L'équilibre d'ionisation créant 2 particules pour une initiale, est sensible à la pression : un gaz plus dilué sera plus facilement ionisé. L'énergie d'ionisation donne juste un ordre de grandeur, mais il y a un facteur correctif logarithmique dépendant de la densité.

Cordialement

Gilles

[invité576543]

oui, la densité de photons n'est pas un paramètre libre parce qu'elle entièrement fixée par la température pour un spectre de corps noir. C'est la densité de matière de l'Univers au moment de la recombinaison (dépendant des paramètres cosmologiques) qui varie.

Bonsoir,

J'ai du mal à comprendre. Que ce soit la densité de la matière qui varie ou la densité de photons n'est pas très important. Ce qui compte c'est le rapport entre les deux, et ça c'est bien un paramètre libre, non?

Dire qu'il y a un excès de photons est mal dit, mais conceptuellement c'est pareil que de dire qu'il y a un défaut de matière qui déplace l'équilibre dans le sens des basses température? Non?


Amicalement,

[invite8915d466]

effectivement on peut dire ça comme ça! je voulais juste dire que la température et la densité de photons n'etaient pas indépendantes, contrairement à un équilibre chimique ordinaire, mais c'est effectivement le rapport photons/baryons (conservé après le découplage) qui est le paramètre pertinent.

cordialement

gilles