Le fond diffus cosmologique est-il la frontière de l'Univers observable ?

[illusionoflogic]

@Illusionflogic: salut, la question était pour amener à comment faire les mesures, et mettre en rapport les distances courtes avec les longues, et pas la finalité.

D'acc, c'était justement pour montrer jusqu'où c'est extrapolé (jusque dans un hypothétique "final flash"), je faisait que souligner, le bien fondé de la question et les travers de la vulgarisation scénarisée (il y a aussi des avantages) ... après j'ai pas de solutions toutes faites

Bien que j'ai essayé d'en proposer une ici ?
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[pascelus]

Bonjour,


Analogie un peu pourrie...
Quadrille l'espace, comme tu apposerais un papier millimètrique sur une feuille blanche, "création d'espace" signifie" rajouter du papier à ta feuille, expansion métrique signifie que c'est la longueur de chaque carré de ton papier millimètrique qui change.

Cela ne te semble pas génant de rajouter "du papier millimétrique" avec des carrés de taille variable selon que tu sois près d'une galaxie ou loin dans le vide inter-galactique? L'image de cette expansion métrique ne me semble pas idéale, meme si "l'éloignement" des galaxies n'est pas non plus vraiment incontestablement corrélé aux mesures de Redshift ou autres techniques actuelles. Cette notion d'etalon local de distance (et de temps) se rapproche de la relativité, de la matière et de la gravitation. Mais comment l'extrapoler dans le vide quantique? Que vient faire alors cette fameuse "énergie noire" que tant recherchent?

L'avantage de cette façon de "voir" par expansion métrique, c'est de mieux expliquer "la dispersion des galaxies". En effet comment une "création d'espace", de vide, pourrait entrainer de la matière comme par une "poussée"?...

[invite06459106]

Non cela ne me gêne pas..il n'y a pas ajout de "papier millimètrique". Et j'avais prévenu, analogie un peu pourrie...autre manière de voir( peut-être moins naze...), tu décomposes l'univers en petits cubes (tous de même taille évidemment), l'expansion ce sont les arêtes de chaque cube qui grandissent, à partir d'une taille initiale nulle, donc aucun ajout de cube d'espace (le quadrillage, le papier millimètrique)...
L' énergie noire, c'est l'accélérateur de cet agrandissement des arêtes.
Ne pas oublier qu' étant une quiche je peux dire des conneries...et sans complexe (et toujours avec l'espoir d'être rectifié).
Cordialement,

[invite73192618]

y a t'il des chance que des objets ou photons se dirigent vers nous dans le future alors que l'on ne peut les voir actuellement. Il viendraient de l'extérieure du fond diffus?

Oui en permanence, et non rien n'est observable (actuellement et pour quelques milliards d'années au minimum) au-delà du fond diffus lui-même. Il n'y a pas de paradoxe, car le fond diffus n'est pas un endroit mais un temps. Autrement dit, les photons du fond diffus que tu observes maintenant , tu ne pouvais pas les voir il y a une minute. Dans une minute, tu verras des photons du fond diffus que tu ne peux pas actuellement voir: ils sont actuellement au-delà des photons du fonds diffus que tu peux observer maintenant.

[bb98]

Oui en permanence, et non rien n'est observable (actuellement et pour quelques milliards d'années au minimum) au-delà du fond diffus lui-même. Il n'y a pas de paradoxe, car le fond diffus n'est pas un endroit mais un temps. Autrement dit, les photons du fond diffus que tu observes maintenant , tu ne pouvais pas les voir il y a une minute. Dans une minute, tu verras des photons du fond diffus que tu ne peux pas actuellement voir: ils sont actuellement au-delà des photons du fonds diffus que tu peux observer maintenant.

Bonjour
Bonne remarque !
On peut ajouter que ces photons "datent" de 380 000 ans, à peu près, après le big bang. Il a fallu ce temps pour que l'univers deviennent transparent ( de la même façon, les photons produits au coeur du Soleil mettent des milliers d'années à arriver à la surface de notre étoile, puis nous parviennent en 8 minutes)

Une future ( assez probable dans quelques dizaines d'années) "astronomie des neutrinos" nous permettra d'avoir des informations sur l'époque "1 minute après le big bang". les neutrinos sortent plus facilement de la "soupe" originelle ( de la même façon on reçoit les neutrinos des super novae quelques temps avant les photons, et pas parce que les neutrinos iraient "plus vite que la lumière" ; les neutrinos sortent simplement plus facilement, donc plus tôt)

Une très éventuelle , et actuellement improbable, "astronomie des ondes gravitationnelles primordiales" nous permettrait d'avoir des informations sur le temps : 1 x 10 - 38 seconde après le big bang.... Là, la technique est encore hors de notre portée.

Bonnes lectures

[invite73192618]

Une future ( assez probable dans quelques dizaines d'années) "astronomie des neutrinos" nous permettra d'avoir des informations sur l'époque "1 minute après le big bang" (...) Une très éventuelle , et actuellement improbable, "astronomie des ondes gravitationnelles primordiales" nous permettrait d'avoir des informations sur le temps : 1 x 10 - 38 seconde après le big bang....

Intéressant merci.

[invite73192618]

Une très éventuelle , et actuellement improbable, "astronomie des ondes gravitationnelles primordiales" nous permettrait d'avoir des informations sur le temps : 1 x 10 - 38 seconde après le big bang.... Là, la technique est encore hors de notre portée.

Pas demain la veille ok, mais en théorie cela voudrait dire qu'il n'est pas impossible d'avoir une observation directe de la période inflationnaire, si elle existe. C'est bien cela?

[bb98]

Pas demain la veille ok, mais en théorie cela voudrait dire qu'il n'est pas impossible d'avoir une observation directe de la période inflationnaire, si elle existe. C'est bien cela?

Oui, mais...
Les difficultés technologiques pour imaginer une détection, puis une éventuelle "astronomie" de ces ondes gravitationnelles sont considérables.
Ensuite, cela permettrait une validation , ou une réfutation, de cette partie du modèle dit "de big bang"

[pascelus]

Non cela ne me gêne pas..il n'y a pas ajout de "papier millimètrique". Et j'avais prévenu, analogie un peu pourrie...autre manière de voir( peut-être moins naze...), tu décomposes l'univers en petits cubes (tous de même taille évidemment), l'expansion ce sont les arêtes de chaque cube qui grandissent, à partir d'une taille initiale nulle, donc aucun ajout de cube d'espace (le quadrillage, le papier millimètrique)...
L' énergie noire, c'est l'accélérateur de cet agrandissement des arêtes.
Ne pas oublier qu' étant une quiche je peux dire des conneries...et sans complexe (et toujours avec l'espoir d'être rectifié).
Cordialement,

C'est très bon les quiches! On peut partager le diner

On peut voir les choses ainsi, mais en fait entre "création d'espace" et "expansion de la métrique" il n'y a pas grande différence.
Dans le 1er cas on imagine un metre étalon local transposé partout dans l'univers. Et il faut en "dérouler" de plus en plus pour mesurer les espaces inter-galactiques en expansion.
Dans le 2e il en faut toujours le même nombre mais ce metre étalon "grandit".

Ce qui me dérange un peu c'est que la notion d'homogénéité de l'univers me semble battue en brèche par cette relativité de la métrique, mais pourquoi pas...
Es-ce que cette façon de voir l'expansion s'accorde avec le modele inflationnaire qui expliquerait l'homogeneité du CMB ? Il me semble que proche du big-bang tout notre univers observable était de taille si réduite que l'on explique ainsi le lien causale entre des points éloignés du CMB. Si sa taille était identique à aujourd'hui mais la métrique considérablement plus petite, toute communication ne serait-elle pas impossible ou du moins trop ralentie?

[pascelus]

C'est comme les secondes: les mètres et les secondes ont resp. la même longueur et la même durée partout.

Désolé mais j'ai peur de mal comprendre. N'est-ce pas contradictoire avec la notion de "expansion de la métrique"?

D'autre part si on conçoit l'expansion de l'univers non pas comme une "augmentation de l'espace" mais une "dilatation de la métrique", cela implique t'il que des étoiles à l'horizon actuel de notre sphère d'observabilité resteront observable indéfiniment dans le futur alors qu'on lit souvent que leur "fuite" les rend peu à peu inobservable?

[Amanuensis]

Désolé mais j'ai peur de mal comprendre. N'est-ce pas contradictoire avec la notion de "expansion de la métrique"?

Dans ce forum on explique répétitivement que la seconde de temps propre est la même pour chacun, tout en parlant de "dilatation du temps". Si on comprend cela, suffit d'appliquer la même chose pour le mètre! (Le mètre est d'ailleurs défini à partir de la seconde!!)

Le parallèle avec le temps se présente assez bien en prenant la variation du "temps" avec l'altitude: ce qui se passe avec le temps quand on change d'altitude, c'est ce qu'il se passe avec les distances quand on change d'instant dans le cas de l'expansion.

Ou encore voir le redshift gravitationnel comme une "expansion métrique des durées".

Je ne suis pas sûr que ces images sont correctes (faudrait appuyer cela par des maths, pas fait...), mais cela me semble coller.

D'autre part si on conçoit l'expansion de l'univers non pas comme une "augmentation de l'espace" mais une "dilatation de la métrique", cela implique t'il que des étoiles à l'horizon actuel de notre sphère d'observabilité resteront observable indéfiniment dans le futur

Je ne vois pas pourquoi. Qu'on parle de "création d'espace" ou de "dilatation de la métrique", les maths sont les mêmes, seule la manière de présenter les choses, le "discours d'habillage" change. Les prédictions sont indépendantes de cet habillage.

alors qu'on lit souvent que leur "fuite" les rend peu à peu inobservable?

C'est une conséquence "mathématique" de la métrique, qu'on peut visualiser par des diagrammes montrant les cônes de lumière, sans avoir à interpréter en termes imagés. (Perso, je vois une "déformation" des cônes de lumière, pas une "fuite", pas un quelconque mouvement. Dans l'espace-temps de Minkowski, le cône futur de tout événement atteint à l'infini "tout l'espace" ; avec l'expansion, les cônes n'atteignent qu'une portion de l'espace, ce qui implique des observateurs comobiles qui ne verront jamais l'événement.)

[pascelus]

Dans ce forum on explique répétitivement que la seconde de temps propre est la même pour chacun, tout en parlant de "dilatation du temps". Si on comprend cela, suffit d'appliquer la même chose pour le mètre! (Le mètre est d'ailleurs défini à partir de la seconde!!)

Oui mais justement c'est cela que je ne comprends pas. "L'expansion métrique" (ou temporelle, nous sommes bien d'accord cela va de pair) implique qu'une unité située dans l'espace inter-galactique (donc subissant l'expansion), si elle pouvait etre comparée (l'expérience est forcément virtuelle) avec la meme unité ayant "séjourné" dans une zone n'ayant pas subi d'expansion (donc soumise à la gravitation, là est peut etre la clé?), n'aurait pas la meme valeur (de durée, de distance.. peu importe..). Comment dire alors que le mètre ou la seconde ont la meme durée ou longueur partout dans l'univers? Et pourtant ils sont "construits" pour cela.

D'autre part si on conçoit l'expansion de l'univers non pas comme une "augmentation de l'espace" mais une "dilatation de la métrique", cela implique t'il que des étoiles à l'horizon actuel de notre sphère d'observabilité resteront observable indéfiniment dans le futur alors qu'on lit souvent que leur "fuite" les rend peu à peu inobservable?

Je ne vois pas pourquoi. Qu'on parle de "création d'espace" ou de "dilatation de la métrique", les maths sont les mêmes, seule la manière de présenter les choses, le "discours d'habillage" change. Les prédictions sont indépendantes de cet habillage.

"création d'espace" me semble augmenter le temps nécessaire à un photon pour parcourir cet espace augmenté.
"expansion de la métrique" laisse donc les distances "intactes" (entre deux galaxies il y aurait toujours la meme valeur en unités propres). Pourquoi un photon mettrait-il de plus en plus de temps à la parcourir au fur et à mesure de l'expansion? S'il met toujours le meme temps dans le futur, l'étoile d'où il est issu devrait nous rester visible jusqu'à sa mort (ce qui est peut etre le cas?).

C'est une conséquence "mathématique" de la métrique, qu'on peut visualiser par des diagrammes montrant les cônes de lumière, sans avoir à interpréter en termes imagés. (Perso, je vois une "déformation" des cônes de lumière, pas une "fuite", pas un quelconque mouvement. Dans l'espace-temps de Minkowski, le cône futur de tout événement atteint à l'infini "tout l'espace" ; avec l'expansion, les cônes n'atteignent qu'une portion de l'espace, ce qui implique des observateurs comobiles qui ne verront jamais l'événement.)

Mes connaissances mathématiques sont bien trop "oxydées" pour creuser cela, mais je ne comprends pas comment cette conception d'expansion ne viendrait pas se heurter à l'interprétation de l'homogénéîté du CMB par la phase inflationnaire de l'Univers?

En fait cette conception de l'expansion ne rejoint-elle pas les modeles "anti-gravitationnels"? C'est à dire que si la gravitation contracte la métrique (et ne détruit pas de l'espace), l'anti-gravitation la dilaterait?

En tout cas merci pour ces remarques fort intéressantes!

[Amanuensis]

[Juste pour m'excuser: je n'arrive pas à construire une réponse qui à la fois me satisfasse et que j'imagine efficace. Je comprends bien les questions, c'est formuler une réponse correctement la difficulté.]

[sjmunoz]

Désole de dénicher une vieille discussion mais êtes vous en train de dire que c'est aussi la limite de la lumière existante au début de l'univers ?

[Lansberg]

Bonsoir,

c'est la lumière émise 380 000 ans après le bigbang à une époque où l'univers est devenu "transparent" et que la lumière a pu se propager librement.

[saint.112]

Désole de dénicher une vieille discussion mais êtes vous en train de dire que c'est aussi la limite de la lumière existante au début de l'univers ?

Dans les premiers temps après le Big Bang les conditions de température et de pression étaient telles que la matière, composée d'hydrogène et d'hélium, était ionisée, c'est à dire sous forme de plasma, c'est à dire avec les noyaux et les électrons séparés. Un plasma est opaque puisque tout rayonnement électromagnétique interfère avec les particules chargées¹. Vers l'an 380 000, la température ayant suffisamment baissé, vers 3000 K, les noyaux et les électrons ont formé des atomes neutres, c'est ce qu'on appelle la recombinaison², et ce gaz est devenu transparent. C'est ce qu'on appelle aussi le découplage du rayonnement d'avec la matière.
L'univers était donc un vaste nuage d'hydrogène et d'hélium, quasi homogène, d'une température quasi uniforme, chaque atome émettant un rayonnement électromagnétique, avec un spectre de corps noir à 3000 K.
Du fait de la distance et de l'éloignement la température de ce rayonnement qui nous parvient aujourd'hui a considérablement diminué et nous apparait à ~2,7 K.
Tout ce qu'il y a devant ce fond, les galaxies et leurs étoiles, les nuages, les amas, etc., s'est donc constitué par accrétion depuis cet évènement. On peut donc observer l'histoire de l'univers depuis lors, dans la mesure où l'éloignement le permet.
Mais on ne peut pas voir au-delà, autrement dit plus loin dans le temps, puisque l'univers était une vaste soupe de plasma opaque. Les photons ayant été émis durant cette période ayant tous été absorbés aussitôt émis il ne reste rien de cette lumière. Il n'y a rien à voir, circulez !

Nico

1) C'est ce qui se produit quand un engin spatial comme la navette rentre dans l'atmosphère. L'échauffement de l'air par le frottement est tel qu'il est entouré d'un plasma qui bloque toute communication radio. Il subit donc un black-out le temps que l'échauffement diminue.[/QUOTE]
2) Je me suis toujours demandé pourquoi on parlait de re-combinaison étant donné que depuis le BB les atomes n'avaient jamais été combinés auparavant.

[Gilgamesh]

2) Je me suis toujours demandé pourquoi on parlait de re-combinaison étant donné que depuis le BB les atomes n'avaient jamais été combinés auparavant.

Le terme a été emprunté à la physique des plasmas. Ici, évidemment ça sonne curieusement

[saint.112]

Le terme a été emprunté à la physique des plasmas. Ici, évidemment ça sonne curieusement

À moins qu'on considère que les atomes étaient combinés avant le BB… en fait bien avant puisque lors du Big Crunch il y aurait eu un moment où température et pression les avaient ionisés.
Nico

[ansset]

plus sérieusement, il se peut que cela soit pour la différencier de la nucléosynthèse primordiale.

[Amanuensis]

Même dans le cas d'un rebond, ce n'est pas une re-combinaison au sens de la physique des plasma, les noyaux ne sont pas conservés. Pas même une recombinaison reconstruisant les noyaux, les baryons ne sont pas conservés.

Bref, faut pas chercher une signification autre que celle imposée par le contexte.

[saint.112]

plus sérieusement, il se peut que cela soit pour la différencier de la nucléosynthèse primordiale.

Sauf que, comme son nom l'indique, il s'agit de la synthèse du noyau alors qu'on parle la combinaison noyau-électron.

Bref, faut pas chercher une signification autre que celle imposée par le contexte.

Très juste. Ma question était juste de curiosité. Il y a plein de termes du même genre qui ne semblent pas très bien adaptés mais qui sont entrés dans l'usage.

Nico

[ansset]

Sauf que, comme son nom l'indique, il s'agit de la synthèse du noyau alors qu'on parle la combinaison noyau-électron.

je ne dis pas le contraire, et n'ai pas la prétention de justifier cette expression.
je me posais juste la question de l' historique sémantique de celle ci (*).
bref, de dissocier la "combinaison" des premiers noyaux avec la "recombinaison" .?

(*) et certainement pas due à une hypothèse préalable de Big Crunch .

[Gilgamesh]

Nan mais je le redis : le terme "recombinaison" a été emprunté tel quel à la physique des plasmas, y'a pas de débat. Pour étudier l'état de l'univers à ce moment là, il faut se baser sur l'équation de Saha qui donne le rapport des espèces neutre sur les espèces ionisée en fonction de la composition et de l'énergie d'ionisation de chacune des espèce (H, He, D), de la densité et de la température. C'est une physique bien cadrée qui permet de faire des prédictions de très bonne qualité, et on a repris la terminologie de cette discipline.

[papy-alain]

Pour étudier l'état de l'univers à ce moment là, il faut se baser sur l'équation de Saha qui donne le rapport des espèces neutre sur les espèces ionisée en fonction de la composition et de l'énergie d'ionisation de chacune des espèce (H, He, D), de la densité et de la température.

Je me demandais quelle était la densité de l'univers à cette époque ?

[Gilgamesh]

C'est très simple à calculer.

Si ρ₀ est la densité actuelle, la densité à un redshift donné se calcule comme :

ρ(z) = ρ₀ (1+z)³

Pour la recombinaison, on a z = 1092

Pour les baryons, on sait qu'ils représentent environ 4% de la densité critique :

Ω_b = 0,042
ρ_c = 6 protons par m³

soit

ρ₀ = Ω_bρ_c = 0,25 protons par m³
ρ(1092) = 3,3.10⁸ protons par m³

Soit 330 cm^-3 ou 5,5 10^-19 kg.m^-3, ce qui reste un vide, ma foi, de très bonne qualité. C'est 10¹⁴ fois plus faible que la densité de l'atmosphère terrestre à 100 km d'altitude (limite de l'espace) et encore 10⁴ plus faible que sa densité à 1000 km.

[papy-alain]

Densité beaucoup plus faible que ce que l'on pourrait penser de prime abord. Difficile d'imaginer qu'il faille atteindre une si faible densité avant que les photons puissent s'en libérer.

[ansset]

Oui, cela semble contre intuitif, mais c'est à relier avec toutes les créations et destructions d'atomes dans la même période.
Ces photons sont rapidement absorbés par ces atomes éphémères, et ont une durée de vie très courte. Ils n’ont donc guère le temps de se déplacer, ( d'où l'univers opaque )Le changement arrive lorsque la température de l’Univers atteint les 3000 degrés. L’énergie moyenne des photons passe alors sous le seuil de la liaison électron-proton. Le rayonnement perd ainsi sa capacité à dissocier les couples qui se forment.

[Gilgamesh]

Densité beaucoup plus faible que ce que l'on pourrait penser de prime abord. Difficile d'imaginer qu'il faille atteindre une si faible densité avant que les photons puissent s'en libérer.

Ça fait un libre parcours moyen du photon de l'ordre de 1000 années-lumière juste avant la recombinaison. Donc c'est sûr que quand on dit que le photon est tout le temps réabsorbé et réémis, c'est vrai que ça devient beaucoup moins fréquent quand on approche le moment où le libre parcours moyen va devenir la taille de l'univers

source

[ansset]

merci Gilgamesh de "relativiser" un peu ma description ( qui est souvent celle présentée dans la description vulgarisée ).

[Carcharodon]

Nan mais je le redis : le terme "recombinaison" a été emprunté tel quel à la physique des plasmas

Et il n'y aurait pas aussi un problème de traduction avec un mot anglais qui aurait été décliné en français par hasard ?
C'est régulièrement le cas : le mot anglais peut alors avoir un sens plus large que le mot français.
Je ne connais pas le mot anglais utilisé pour "recombinaison" en physique des plasmas.