Effet Doppler et vitesse relativiste

[Cesium135]

Bonjour,

Je suis amateur d'astronomie et je viens de lire un article sur la mesure de la vitesse d'éloignement des galaxies grâce à l'effet Doppler.
Pour résumer plus elle s'éloigne rapidement, plus le spectre tire vers le rouge. Prenons le cas théorique d'un objet qui s'éloigne de notre soleil à une vitesse relativiste, disons plus de 250000km/s :
Peut-on observer une vitesse d'éloignement si importante? Je veux dire par là que nous pouvons voir les couleurs dans le domaine du visible (quel scoop...) mais j'imagine que la fréquence de l'onde qui nous parvient devient si basse qu'elle en deviendrait... invisible? (dans l'infrarouge)

merci d'avance!

Cyril
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[Kelthuzad]

Oui absolument, ça descend même aux ondes radio pour le fond diffus cosmologique.

[Cesium135]

la nature est Impressionnante Oo

Merci pour la réponse!

[Kelthuzad]

D'un côté le spectre visible ne représente qu'une très petite partie des longueurs d'onde possibles pour la lumière ! Une petite variation permet d'en sortir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[bongo1981]

Effectivement, un calcul montre que le rapport des fréquences est 0.3, ou bien en terme de redshift : 2.3
Comme il y a un facteur 2 entre la longueur d'onde en violet et en rouge, effectivement tout le spectre visible passerait en infrarouge.

Par contre cette galaxie émet également en ultraviolet, et une partie du spectre ultraviolet passerait dans le visible.

[wollbur]

Bonjour,

Excusez moi si je suis un peu long, mais le sujet n’est pas simple.

Il y a un problème de « relativité différentielle » que je m’explique mal dans la technique de détection des exoplanètes par la méthode des vitesses radiales. On cherche à détecter des planètes à partir de la période et l’amplitude d’oscillations que sa gravité induit sur l’étoile centrale. Pour tout plan de rotation autre que la perpendiculaire à l’axe de visée, le déplacement périodique de l’étoile la fera s’éloigner ou se rapprocher de la Terre, avec une amplitude du mouvement, donc une vitesse relative par unité de temps, fonction de l’angle du point de vue. On mesure cette fréquence et amplitude du mouvement relatif par effet Doppler-Fizeau en mesurant le décalage en longueur d’onde de raies spectrales caractéristiques. Cela marche bien.

La question que je me pose est la suivante : Notre référentiel de mesure d’immobilité de référence (on mesure des vitesses relatives) est la Terre qui n’est pas immobile. Le Soleil autour duquel nous tournons ne l’est pas non plus et, tout comme l’étoile sur laquelle on fait la mesure, il oscille en fonction de l’attraction gravitationnelle des planètes qui lui tourne autour, avec en premier lieu l’influence de la plus grosse, Jupiter. Nous tournons donc sur la Terre sur une orbite qui fluctue plus ou moins en fonction de l’équilibre gravitationnel résultant de l’ensemble du système solaire. En toute logique nous nous rapprochons et nous éloignons de l’étoile sur laquelle on fait la mesure avec nos propres fluctuations orbitales, y compris celles induites par la Lune qui viennent s’y rajouter. Il conviendrait donc, à priori, de soustraire les effets de nos propres fluctuations de celles que l’on cherche à mesurer à l’aide d’un effet Doppler Fizeau.

Or on ne fait aucune correction (à ma connaissance), sinon stabiliser le télescope dans la « bonne direction » lors de la mesure.

Je me demande d’ailleurs comment (par rapport à quoi ?) on pourrait bien pouvoir déterminer nos propres oscillations d’origine gravitationnelles et ses répercutions sur notre référentiel lumière. Tout semble se passer comme si la lumière en tenait déjà compte (ou y était insensible à la précision de nos détecteurs près). C’est notre référentiel en « immobilité relative » autant que celui de l’équilibre des forces et de l’effet résultant. C’est aussi celui, me semble-t-il, du principe d’équivalence d’Einstein. La constance de la vitesse de la lumière vis-à-vis de ses fréquences et l’énergie correspondante en est la résultante. Cela jette un doute relativiste sur l’interprétation que l’on fait entre les vitesses relatives exactes, les distances relatives, leurs rapports avec la vitesse de la lumière et ses fréquences, et les lois de la gravité avec leurs fréquences liées à des rotations (d’où l’on tire notre notion et mesure du temps avec comme unité l’année « sidérale », la seconde n’étant qu’un sous-multiple). Ci ajoute des problèmes de perspective, en particulier pour une ellipse de référence (lois de Kepler) qui a les mêmes caractéristiques géométriques qu’un cercle vu en perspective, ou un cylindre ou un cône recoupés par un plan. Où sont les centres de symétrie et les pôles de projections, messieurs les topologues mathématiciens ? Cela donne des équivalences possibles supplémentaires entre tous les rapports possibles (et au final ceux de cause à effet) et jette un doute sur notre repérage exact vis-à-vis de l’espace et ses répercutions sur des fréquences.

Je pense, entre autres, au fameux décalage vers le rouge à l’origine de la théorie du Big-Bang qui pose d’épineux problèmes (mystérieuse « matière noire » et non moins mystérieuse « énergie sombre »). Ce décalage spectrale vers le rouge, me semble plus en relation avec une incertitude fondamentale sur l’exactitude de tous les rapports possibles mis en jeu que d’une réalité physique quantifiable en « taux d’expansion de l’espace en fonction du temps et/ou de la distance ». La seule chose que je vois plus sûrement en « expansion » avec les distances astronomiques intergalactiques, c’est l’incertitude relative sur les rapports exacts de cause à effet que l’on peut tirer de l’information véhiculée par la lumière. L’entropie (le « désordre » comparé à un « ordre » arbitrairement défini) augmente avec le temps, tout comme l’incertitude, c’est une loi de la nature.

Le problème est un peu le même en physique quantique, avec un rapport d’échelle inversé (dans le rapport des forces comme celui des distances). Rien n’y est certain, sinon à une « densité de probabilité » près et des corrélations algorithmiques (propres à chaque système) autour de cette « densité d’incertitude » (sans dimension).

Notre « densité d’incertitude » croit avec la distance de ce que l’on observe. On peut présumer que l’incertitude est encore négligeable (ou dans une « fourchette » encore acceptable) à la distance des mesures faites sur les étoiles voisines où l’on cherche des exoplanètes, en particulier en procédant à différents types de mesures (pas seulement par effet Doppler-Fizeau) étalées dans le temps, mais je doute qu’elle n’aient pas de répercussions notables à l’échelle du Cosmos et de l’Univers entier. À cette échelle, la référence n’est plus un système planétaire comparable au nôtre, mais des galaxies qui en comporte des milliards et il faut y attendre des centaines de millions d’années (notre « année galactique ») pour pouvoir établir des fréquences de corrélations entre rotations et les positions différentielles par rapport à la nôtre. Il y a là largement de quoi « décohérer » (comme on dit en physique quantique), nos belles lois et fonctions d’équivalences bâties (et plus ou moins vérifiées) sur un modèle différent et beaucoup plus simple avec sa grosse et lumineuse masse centrale qui sert de référence (notre Soleil). Notre modèle de référence (le système solaire vu depuis la Terre et quelques satellites) et les lois qui vont avec demandent en plus, pour être exact, des corrections « pas à pas » à caractère empirique (problème « des trois corps ») et des corrections relativistes quand le rapport masse-distance (ou le gradient de gravité dans l’espace comme dans le temps) est trop différent du nôtre (avance du périhélie de Mercure)… C’est déjà inapplicable (quantifiable) à l’échelle et la complexité d’une galaxie, que dire à celle de l’Univers ? Quelles sont ses « illusions d’optiques » ? L’impression que les galaxies nous fuient en accélérant pour compenser les fluctuations de notre propre accélération de la pesanteur qui constitue notre référentiel d’immobilité relative (ou de corps ou système « inertiel ») ?

Qu’en pensez-vous ?

Wollbur

[Calvert]

Salut !

Les mesures de vitesse radiale des étoiles tient bien évidemment compte de la rotation de la Terre autour du Soleil, et elles sont corrigées pour être exprimée dans le référentiel héliocentrique. Ensuite, il reste un mouvement relatif entre l'étoile observée et le Soleil. Sur des échelles de temps d'observation relativement "courts", on peut supposer que cette vitesse relative est constante (cela est vrai sur des échelles de temps sûrement assez longues). Cette vitesse relative constante se traduit par un décalage constant de la mesure en vitesse radiale, et il est aussi aisé de le corriger.

[Gilgamesh]

Or on ne fait aucune correction (à ma connaissance)

La correction est faite, bien sûr. C'est une correction facile et standard car tous les mouvements sont connus avec un bonne précision.

Le référentiel au repos choisi va dépendre ensuite de l'éloignement de la source que l'on observe : objet du système solaire, étoile proche, objet galactique, objet du groupe local, etc.

edit :
Velocity reference frames

source de l'illustration

et croisement avec Calvert