Question de redshift et de (trop) grandes distances...

[MamorukunBE]

Bonsoir de Belgique! Attention, question de néophyte

Si je part des postulats suivants (corrigez-moi s'ils sont déjà faux à la base!):

1) l'astre le plus lointain détecté est à peu près à 13 milliards d'années lumière de nous -> l'univers est au moins "large" de cette distance (si on se considère nous-même comme étant à "l'autre bout" par rapport à l'astre mentionné)

2) admettons que l'univers soit en expansion constante et pas accélérée (c'est plus facile pour mon petit cerveau ^^) -> touts les astres s'écartent d'autant que le temps passe, et ce d'une façon égale dans toutes les directions

Le point 1 me dit: "tu vois cet astre lointain tel qu'il a envoyé ses photons il y a 13 milliards d'années", mais le point 2 me dit: "il y a 13 milliards d'années les molécules constituant tes yeux étaient juste à côté de cette astre, à l'époque où l'univers commençait à peine son expansion".

Et mon cerveau de se demander: "Pourquoi est-ce qu'un photon émis juste à côté de moi il y à 13 milliards d'année ne m'arrive que maintenant? En terme d'espace euclidien, ça reviendrait à dire...que mes molécules frisent la vitesse de la lumière par rapport à cet astre depuis le tout début?!?"
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[silberic]

Salut,

Un début de réponse :
1) L'astre le plus lointain de l'univers observable est distant de 13 milliards d'années-lumière.
Tout simplement parce-que, la vitesse de la lumière étant finie (c = 300 000 km.s-1), la lumière d'un objet plus distant n'a pas encore pu nous arriver.
(l'âge de l'univers étant estimé dans cet ordre de grandeur...)

2) en imaginant une expansion constante (théorie mise en doute...), alors oui, les astres s'éloignent les uns des autres, d'après la loi de Hubble -> v = hd, où h est la constante de Hubble.
Et la vitesse d'éloignement est proportionnelle à la distance.

Et pour ton final, il y a 13 milliards d'années, tu n'étais pas de ce monde, donc, je ne vois pas trop le problème
Mais, si on considère 2 objets "proches" à cette époque, alors oui, expansion de l'univers oblige, ils sont maintenant éloignés l'un de l'autre.

Eric

[Mailou75]

Salut MamorukunBE, bienvenu sur Futura

1) l'astre le plus lointain détecté est à peu près à 13 milliards d'années lumière de nous -> l'univers est au moins "large" de cette distance (si on se considère nous-même comme étant à "l'autre bout" par rapport à l'astre mentionné)

Les notions de "largeur" et "d'autre bout" sont un peu dangereuses dans ce domaine.
Il existe (au moins) deux possibilités qui dans les deux cas s'opposent à l'anthropocentrisme (la religion quoi...)
- Soit l'univers est infini, il n'y a donc pas de "centre" et nous sommes qq part dans cet infini,
bien que le temps de voyage des photons soit celui de l'age de l'univers et que donc nous ne puissions, de cet infini,
ne voir qu'une partie correspondant à une sphère de 13,7GAL (milliards d'années lumière) centrée sur l'observateur.
-Soit l'univers est "fini sans bord" c'est à dire bouclé : si tu sortais de l'univers visible en ligne droite tu reviendrais par l'opposé (cf Pac Man) et dans ce cas il est possible qu'on voit tout l'univers (rien au delà car pas d'infini) mais à des ages différents (loin = jeune). Note qu'on peut se représenter la chose pour un espace 2D comme la surface d'une sphère, il n'y a donc pas non plus de "centre" à cette surface.

2) admettons que l'univers soit en expansion constante et pas accélérée (c'est plus facile pour mon petit cerveau ^^) -> touts les astres s'écartent d'autant que le temps passe, et ce d'une façon égale dans toutes les directions

Admettons... tu sais, seul le modèle actuel (à forte proportion mathématique et à faible proportion observationnelle) ne retombe pas sur ses pieds quand il compare prédictions et observations. D'où cette "accélération" (quintessence, énergie noire, incohérence mathématique... appelle là comme tu voudras) qui peut tout à fait avoir pour origine un modèle incomplet, une mauvaise interprétation des résultats... donc cette accélération n'est pas encore démontrée, tu peut donc alléger ton cerveau d'ici là.

Et mon cerveau de se demander: "Pourquoi est-ce qu'un photon émis juste à côté de moi il y à 13 milliards d'année ne m'arrive que maintenant? En terme d'espace euclidien, ça reviendrait à dire...que mes molécules frisent la vitesse de la lumière par rapport à cet astre depuis le tout début?!?"

Ben la théorie dit qu'en effet le photon a été émis il y a très longtemps très proche de toi (tu as bien compris le principe) et que l'espace a subi une expansion et a emporté le photon avec lui. Du coup le photon allait à contre courant de l'expansion et c'est pourquoi il ne nous parvient que maintenant.
Cela dit, la relativité restreinte et les expériences sur l'Ether nous ont montré qu'un photon se moque pas mal des "mouvements du vide", et que seule la relation entre deux objets a du sens. Je laisse donc le soin à d'autres, plus convaincus que moi, de t'expliquer pourquoi le photon est en quelque sorte "attaché à l'espace en expansion".

[Amanuensis]

Et mon cerveau de se demander: "Pourquoi est-ce qu'un photon émis juste à côté de moi il y à 13 milliards d'année ne m'arrive que maintenant? En terme d'espace euclidien, ça reviendrait à dire...que mes molécules frisent la vitesse de la lumière par rapport à cet astre depuis le tout début?!?"

Simplement parce que le photon en question n'est pas parti directement vers "vous", il est parti "de travers", et a suivi une "courbe" qui l'a ramené à "vous".

Une analogie est le cas de deux personnes à 10 mètres l'une de l'autre près du pôle nord, qui partent toutes deux plein sud. Elles s'éloignent, mais la courbure de la surface de la Terre va les faire se rapprocher puis se rencontrer au pôle sud.

[A voir en vidéo sur Futura]

[silberic]

ça reviendrait à dire...que mes molécules frisent la vitesse de la lumière par rapport à cet astre depuis le tout début?!?"

Et - dites-moi si je me trompe - il ne faut pas confondre la vitesse des photons en soi et celle de l'expansion de l'univers... il me semble que ça avait donnée lieu à un débat, cette histoire, comme quoi si on cumulait les 2, ça dépasserait c... Mais ces deux vitesses n'ont rien à voir, celle de l'expansion de l'univers n'étant pas une "vraie vitesse"... si les spécialistes peuvent confirmer (ou infirmer) mon propos, ce serait gentil :=)

[MamorukunBE]

Merci pour toutes vos réponses. C'est en les lisant que je me suis dit qu'en fait il y avait une façon bien plus simple de poser ma question, et la réponse à cet deuxième version m'échappe toujours malgré votre aide La voici:

Au moment du Bigbang, un observateur A et un observateur B se trouvent l'un à côté de l'autre. Au jour d'aujourd'hui A se trouve sur Terre, et B sur cet astre distant de 13 milliard d'années lumière. Donc, ils ont parcouru l'un par rapport à l'autre 13 milliards d'années lumière en 13 milliards d'années. Cela revient donc à dire que l'inflation de l'univers se fait...à la vitesse de la lumière???

[silberic]

Non, parce que les observateurs ne sont pas des photons qui se déplacent.
Comme te l'a dit Amanuensis, le photon suit la courbure de l'espace temps et se déplace à 300 000 km.s-1, mais ce n'est pas le cas d'une masse...
Les observateurs vont donc s'éloigner en raison de la loi de Hubble, mais cela n'a rien à voir avec la vitesse de la lumière.

En revanche, si après 10 milliards d'années, les 2 observateurs sont éloignés de x années-lumières, et qu'un des 2 observe l'autre, il le verra comme il était il y a x années. (pas 10 milliards , mais x)...

Voilà, j'espère avoir répondu en partie à la question et ne pas avoir raconté de bêtises...

[Mct92mct]

Simplement parce que le photon en question n'est pas parti directement vers "vous", il est parti "de travers", et a suivi une "courbe" qui l'a ramené à "vous".

Une analogie est le cas de deux personnes à 10 mètres l'une de l'autre près du pôle nord, qui partent toutes deux plein sud. Elles s'éloignent, mais la courbure de la surface de la Terre va les faire se rapprocher puis se rencontrer au pôle sud.

Bonjour "Amanuensis", ce que tu dis, reviens à dire qu'on pourrait reconstituer une image d'un même objet avec 2 lentilles quasiment opposées d'un angle de 180°...non?
En effet deux photons ayant été émis en même temps dans deux directions différentes pourrait bien reconstituer au foyer une image du passé?

[Amanuensis]

Faudrait-il encore qu'ils arrivent en même temps.

Ceci dit, c'est bien ce qu'il se passe avec les lentilles gravitationnelles, à une échelle plus limitée.

[Mct92mct]

si l'univers est si symétrique qu'on le dit, il doit bien y avoir une direction où ces photons du passé arrivent encore en même temps aujourd'hui de deux directions opposées...

[Mailou75]

Re,

Au moment du Bigbang, un observateur A et un observateur B se trouvent l'un à côté de l'autre. Au jour d'aujourd'hui A se trouve sur Terre, et B sur cet astre distant de 13 milliard d'années lumière. Donc, ils ont parcouru l'un par rapport à l'autre 13 milliards d'années lumière en 13 milliards d'années. Cela revient donc à dire que l'inflation de l'univers se fait...à la vitesse de la lumière???

Non tu te trompes.
Quand on dit que l'horizon (CMB, fond diffus cosmologique) se trouve à 13,7 GAL ça veut juste dire que les photons ont voyagé pendant cette durée (13,7 GA). Mais l'objet ne se trouve pas à cette distance car comme tu l'as compris il était plus proche lors de l'émission (~42 MAL, millions d'années lumière) et il se trouve aujourd'hui plus loin (~46 GAL, milliards d'années lumière). Tu vois qu'il y a trois notions différentes de distance : celle à l'émission, celle parcourue par le photon "remontant le courant d'espace" et celle pour laquelle l'objet a le même age que l'observateur (aujourd'hui). On les note respectivement D_A distance angulaire (taille apparente de l'objet), D_LT pour lookback time (temps de regards en arrière, temps de voyage du photon) et D_C distance comobile (objet immobile par rapport à l'espace mais se déplaçant avec lui dans l'expansion ~ inertiel).

Quant au terme "d'inflation", méfie toi car il se distingue de l'expansion. Il désigne la période des premières secondes de l'univers (peut être même moins d'une seconde, les pro confirmeront, ou pas..) durant laquelle l'expansion était extrêmement "rapide". Il faut entendre par cela que H (la constante de Hubble) était alors très grande, et que des objets très proches s'éloignaient alors très vite.
Or la vitesse de déplacement instantanée des objets s'écrit V=H.D_LT donc si H augmente, V augmente pour une même distance D. Ce qui se déplace "à la vitesse de la lumière" comme tu dis c'est l'horizon pour D_LT=13,7GAL~4200MPc et H_acujourd'hui=71km/s/MPc tu trouves V~c (4200x71~300.000) en effet. Et tu comprendras que si on transpose notre univers au temps de l'inflation, comme H est pas loin de 1 millions de fois plus grand tu trouverais V~10⁶.c (ce calcul n'a aucun sens d'ailleurs, mais c'est pour la compréhension )

si l'univers est si symétrique qu'on le dit, il doit bien y avoir une direction où ces photons du passé arrivent encore en même temps aujourd'hui de deux directions opposées...

On arrive à identifier que les sources sont identiques dans le cas de lentilles gravitationnelles car elles sont proches.
Les géodésiques suivies par les rayons lumineux on quasiment la même distance, cad qu'on voit les objets à peu près au même âge, à la même "vitesse de lecture" (redshift) et dans la même direction.
Dès qu'on s'écarte de l'alignement source-lentille-observateur, ou quand il y a plusieurs lentilles (une image par lentille par exemple) il devient très difficile d'identifier ces objets qui sont alors vu à des "distances" différentes (géodésique de longueur différentes donc temps de parcours du photon différent), donc des âges différents (les infos sont quand même reçues au même moment par l'observateur), des redshits différents (distorsion entre droite et géodésique différentes) et dans des directions différentes (tangente à la géodésique au niveau de l'observateur).
Donc à l'échelle de l'univers difficile de valider ou non cette théorie par l'observation.

[MamorukunBE]

Holà holà, ton explication me fait tourner la tête Mailou75! (Merci pour les précisions mathématiques d'ailleurs ^^) Non pas à cause de sa complexité, mais à cause de ce fameux "horizon" que tu viens de lier à une expansion frisant la vitesse de la lumière entre lui et nous...Car cela revient à dire que toute matière -au delà- de cet horizon, "s'écartant" de nous à une "vitesse" supérieure à v, nous sera ÉTERNELLEMENT caché (puisque un photon envoyé de là, entrainé par l'expansion supérieure à sa vitesse de déplacement, ne pourrait jamais nous arriver)? Ca fait froid dans le dos O_O En plus de la limite théorique à analyser le passé (temps de Plank), ça nous fait en plus une limite théorique à voir loin?!

[Mailou75]

Car cela revient à dire que toute matière -au delà- de cet horizon, "s'écartant" de nous à une "vitesse" supérieure à v, nous sera ÉTERNELLEMENT caché (puisque un photon envoyé de là, entrainé par l'expansion supérieure à sa vitesse de déplacement, ne pourrait jamais nous arriver)?

C'est bien raisonné mais pas tout à fait vrai
L'horizon dont on parle jusqu'à présent est l'horizon particule (c'est à peux près l'horizon visible à 13,7GAL si on néglige les 380.000 ans du découplage, avant l'univers est opaque)
Mais il existe un horizon des événements qui fait que certains évènements au delà de l'horizon visible pourront tout de même être vus, je ne suis pas le mieux placé pour t'en parler car je n'ai pas tout à fait compris...
Je crois qu'il se trouve 15GAL plus loin que l'horizon particule soit ~13+15=28GAL mais je ne suis pas trop sur du chiffre.
Tout les événements se déroulant aujourd'hui dans cette sphère seront vu un jour, mais d'autres te l'expliqueront mieux que moi pourquoi