Besoin de vos lumières

[acidj]

Bonjour !

Je me pose des questions sur la composition de l'univers.
Je suis étudiant en biologie, j'adore également l'astronomie mais je n'ai que quelques bases, n'y allez pas trop fort avec le vocabulaire de physique ^^
Je sais que l'univers est en expansion. J'ai retenu aussi la phrase que j'entend depuis que je suis tout petit "Plus on voit loin, plus on voit dans le passé".
Je pense que l'on arrive maintenant à observer des galaxies tellement éloignées qu'elle sont parmi les premières à être "nées".
Mais depuis ces 13 et quelques milliards d'années (je crois) elles ont évoluées, et ne sont plus là où on les voient. Surtout avec l'univers en expansion.
Pas d'erreur pour l'instant ?

Voilà mon problème, (je vais essayer de mettre en ordre correctement mes idées) comment arrivons nous à voir encore aujourd'hui la lumière provenant de ces galaxies primitives puisque notre galaxie est elle aussi issue du big bang.
Je veux dire, la lumière provenant des ces galaxies primitives aurait mis quelques milliards d'années à nous atteindre. Notre galaxie, elle, est plus "évoluée", et pourquoi pas, elle descendrait de ces galaxies primitives ? Mais le problème que je me pose, c'est que les galaxies, ainsi que l'expansion de l'univers, ne vont pas plus vite que la lumière.
Donc si on par du big bang, le temps que notre galaxie atteigne le point où elle est actuellement, la lumière émise par les premières galaxies n'aurait-elle pas du être passée depuis longtemps ?
J'espère que vous voyez à peu près ce que je veux dire

Sinon, autre question, si la phrase "plus on voit loin, plus on voit dans le passé" est correcte, cela veut-il dire que nous ne pouvons pas savoir l'état actuel de l'univers ? Puisque tout ce que nous voyons sont des "images" datant de millions ou milliards d'années ?

Merci de vos réponses !
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[physikaddict]

Bonsoir, et bienvenue sur FUTURA

Bonjour !

Je me pose des questions sur la composition de l'univers.
Je suis étudiant en biologie, j'adore également l'astronomie mais je n'ai que quelques bases, n'y allez pas trop fort avec le vocabulaire de physique ^^
Je sais que l'univers est en expansion. J'ai retenu aussi la phrase que j'entend depuis que je suis tout petit "Plus on voit loin, plus on voit dans le passé".
Je pense que l'on arrive maintenant à observer des galaxies tellement éloignées qu'elle sont parmi les premières à être "nées".
Mais depuis ces 13 et quelques milliards d'années (je crois) elles ont évoluées, et ne sont plus là où on les voient. Surtout avec l'univers en expansion.
Pas d'erreur pour l'instant ?

Non.

Notre galaxie, elle, est plus "évoluée",

Aucunement. Simplement, puisque plus proche de nous, nous en voyons un état plus récent. L'âge des autres galaxies est (pour simplifier) sensiblement le même que l'âge de la notre (seulement nous ne pouvons voir que leur état originel). Les autres ne peuvent donc pas être qualifiées de primitive par rapport à la Voie Lactée.

c'est que les galaxies, ainsi que l'expansion de l'univers, ne vont pas plus vite que la lumière.

Les galaxies, effectivement, ne se déplacent pas plus vite que la lumière.
En revanche, à grande échelle, l'espace entre les amas de galaxies s'accroit. L'expansion, c'est l'espace qui grandit, et non les galaxies qui se meuvent dans cet espace. Cette expansion peut être plus rapide que la lumière puisqu'aucune information n'est transmise (cela ne viole pas la relativité générale).

Donc si on par du big bang, le temps que notre galaxie atteigne le point où elle est actuellement, la lumière émise par les premières galaxies n'aurait-elle pas du être passée depuis longtemps ?

Non.
En effet, la lumière émise par ces galaxies il y a 13.7 milliards d'années a du parcourir une certaine distance avant de parvenir jusqu'à nous. L'expansion fait que cette distance a augmentée depuis l'émission. Aussi, même si, à l'émission, les deux galaxies étaient très proches, l'expansion les a éloigné à une vitesse supérieure à celle de la lumière.

Sinon, autre question, si la phrase "plus on voit loin, plus on voit dans le passé" est correcte, cela veut-il dire que nous ne pouvons pas savoir l'état actuel de l'univers ? Puisque tout ce que nous voyons sont des "images" datant de millions ou milliards d'années ?

Oui.

Cordialement,

[Deedee81]

Salut,

Un tout petit complément (pour anticiper les interrogations que je sens poindre ) concernant :

En effet, la lumière émise par ces galaxies il y a 13.7 milliards d'années a du parcourir une certaine distance avant de parvenir jusqu'à nous. L'expansion fait que cette distance a augmentée depuis l'émission. Aussi, même si, à l'émission, les deux galaxies étaient très proches, l'expansion les a éloigné à une vitesse supérieure à celle de la lumière.

On peut se poser des questions quant à la taille de l'univers. Avec des questions du genre "si l'univers était tout petit au départ, comment la lumière a-t-elle pu parcourir de telles distances pour arriver jusqu'à nous ?".

Quelques remarques :

- Tout d'abord, lorsque les galaxies sont apparues (et même le rayonnement fossile), l'univers n'était déjà plus si jeune que ça. Il avait déjà fortement grandit. Surtout si le scénario d'inflation est correct (une période, très tôt, hypothétique mais très plausible pour diverses raisons, où l'univers aurait grandit de manière exponentielle).

- Ensuite, l'univers n'est peut-être pas fini. Il peut très bien être infini (en fait, on en sait rien). Et s'il est infini, il l'a toujours été. Il était simplement plus dense au début.

- Pour un univers fini. Initialement il devait être fini, mais sans bord. Comme la surface d'une sphère, d'un pneu ou comme "le monde de PacMan". Un rayon lumineux émit très tôt peut simplement être amené à faire plusieurs fois le tour avant de nous atteindre.

- A noter que cette dernière hypothèse ne semble pas valide pour les galaxies. Même si l'univers avec une topologie qui autorise cela (auquel cas sa grande taille ne serait qu'apparente, comme lorsqu'on est dans une galerie des glaces). Car cela signifierait qu'on recevrait plusieurs images des galaxies (selon le nombre de tours fait par la lumière). Bien sûr, cela signifierait des ages très différents et on ne reconnaitrait pas les galaxies (on pourrait très bien confondre une galaxie proche avec son image veille de 13 milliards d'années). Mais on peut calculer, malgré tout, que cela implique des corrélations dans les observations (surtout pour le rayonnement fossile). Or rien de tel n'a été mesuré.

Ah oui, un mot aussi sur l'état actuel de l'univers. En observant le groupe local de galaxies, ou l'amas local, dans lequel on se trouve, on obtient quand même un sérieux échantillon d'objets pratiquement actuel (ils ne sont pas loin). Donc, on a quand même une bonne image de la situation actuelle (heureusement, les galaxies vieillissent très lentement).

[Saint-Sandouz]

Sinon, autre question, si la phrase "plus on voit loin, plus on voit dans le passé" est correcte, cela veut-il dire que nous ne pouvons pas savoir l'état actuel de l'univers ? Puisque tout ce que nous voyons sont des "images" datant de millions ou milliards d'années ?

En effet, les distances sont colossales et la lumière est relativement lente.
Le proche voisinage du système solaire est composé d’étoiles distantes de 10 à 1000 AL.
Le proche voisinage de la Voie Lactée est à une distance de l’ordre du million d’AL. Mais ce qui s’y passe est tellement lent que ce qu’on voit aujourd’hui et qui date d’un million d’années est comme c’était hier.

L’intérêt est qu’on a sous les yeux toute l'histoire de l’univers comme si elle était étalée, avec tous les stades de son évolution.

ND

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

L’intérêt est qu’on a sous les yeux toute l'histoire de l’univers comme si elle était étalée, avec tous les stades de son évolution.

Ca se voit nettement dans les galaxies d'ailleurs. Ainsi, les quasars n'existent que dans une période assez ancienne de l'univers.

Ils sont certainement devenu des galaxies actives ou des galaxies "normales" avec un TN supermassif au centre (celui-ci s'étant assagit après avoir avalé tout ce qui était autour de lui, le gros gourmand).

[Gloubiscrapule]

L’intérêt est qu’on a sous les yeux toute l'histoire de l’univers comme si elle était étalée, avec tous les stades de son évolution.

Idéalement, on pourrait suivre ainsi en live l'histoire de l'Univers avec la formation des galaxies, la réionisation (époque où la lumière des premières étoiles ionisent l'univers), les étoiles de population III (étoiles primitives) etc... Mais regarder loin est de plus en plus difficile car on est limité par les instruments, et on est aussi biaisé par le type d'objets observés: on ne voit que les objets les plus lumineux, qui ne sont pas forcément les plus "caractéristiques" de l'époque.

Pour l'instant on capte la première lumière (fond diffus cosmologique) à un redshift de 1000 et des galaxies en infrarouge jusqu'à un redshift de 8 et les quasars jusqu'à un redshift de 6 environ, de mémoire plus ou moins...

Entre 8 et 1000 on a rien encore, et pourtant c'est là que ça devient intéressant (formation des premières étoiles et galaxies). C'est comme si on regardait un humain à la naissance et de l'adolescence jusqu'à l'age adulte: on louppe toute l'enfance, les premiers mots, les premiers pas etc...!!

[acidj]

[QUOTE=physikaddict;2814605]
Les galaxies, effectivement, ne se déplacent pas plus vite que la lumière.
En revanche, à grande échelle, l'espace entre les amas de galaxies s'accroit. L'expansion, c'est l'espace qui grandit, et non les galaxies qui se meuvent dans cet espace. Cette expansion peut être plus rapide que la lumière puisqu'aucune information n'est transmise (cela ne viole pas la relativité générale).
QUOTE]

Et bien voilà qui bouleverse tout et en même temps m'explique bien ! Je n'imaginai pas que quelque chose puisse aller plus vite que la lumière. Au lycée on nous affirmai qu'il n'y avait rien de plus rapide que la lumière (du moins, rien de connu).
De plus j'imaginai que l'expansion de l'univers était due au mouvement des galaxies uniquement, par exemple, comme un sac de billes qu'on renverse, les billes s'éloignent du point de départ, s'étendent, mais pas l'espace dans lequel évoluent ces billes.

Effectivement, si c'est l'espace en lui même qui s'étend, et plus rapidement que la lumière, cela permet de résoudre mon problème !

Il y a tellement de choses intéressantes dans beaucoup de domaines que j'aimerai savoir (astronomie, physique quantique, etc) mais pour l'instant je doit me concentrer sur la biologie pour mes études...

Merci pour vos réponses !

[physikaddict]

Les galaxies, effectivement, ne se déplacent pas plus vite que la lumière.
En revanche, à grande échelle, l'espace entre les amas de galaxies s'accroit. L'expansion, c'est l'espace qui grandit, et non les galaxies qui se meuvent dans cet espace. Cette expansion peut être plus rapide que la lumière puisqu'aucune information n'est transmise (cela ne viole pas la relativité générale).

Et bien voilà qui bouleverse tout et en même temps m'explique bien ! Je n'imaginai pas que quelque chose puisse aller plus vite que la lumière. Au lycée on nous affirmai qu'il n'y avait rien de plus rapide que la lumière (du moins, rien de connu).
De plus j'imaginai que l'expansion de l'univers était due au mouvement des galaxies uniquement, par exemple, comme un sac de billes qu'on renverse, les billes s'éloignent du point de départ, s'étendent, mais pas l'espace dans lequel évoluent ces billes.

Effectivement, si c'est l'espace en lui même qui s'étend, et plus rapidement que la lumière, cela permet de résoudre mon problème !

Il y a tellement de choses intéressantes dans beaucoup de domaines que j'aimerai savoir (astronomie, physique quantique, etc) mais pour l'instant je doit me concentrer sur la biologie pour mes études...

Merci pour vos réponses !

Heureux d'avoir pu t'être utile !
Même si mon résumé très bref m'a fait ommettre certaines choses que Deedee81 a bien fait de compléter.

Bonne continuation et n'hésite pas à revenir, à l'occasion.

[Deedee81]

Salut,

[QUOTE=acidj;2816097]

De plus j'imaginai que l'expansion de l'univers était due au mouvement des galaxies uniquement, par exemple, comme un sac de billes qu'on renverse, les billes s'éloignent du point de départ, s'étendent, mais pas l'espace dans lequel évoluent ces billes.

En fait, cela dépend du cadre théorique. Dans un contexte newtonien, ce sont les galaxies qui s'éloignent. Dans le cadre de la relativité générale, c'est l'espace qui se dilate.

Techniquement, lorsque l'on regarde des objets pas trop lointains, ça ne fait guère de différence. Il y a le même effet Doppler. C'est logique. Un éloignement c'est une augmentation de la distance au cours du temps. Et une dilatation de l'espace c'est... une augmentation de la distance au cours du temps

L'approche newtonienne reste valable sur d'assez grandes distances.

Par contre, dès qu'on veut envisager le début de l'univers ou l'univers dans sa globalité, la relativité générale devient incontournable (la théorie de la gravité de Newton n'est qu'une approximation de la RG).

Effectivement, si c'est l'espace en lui même qui s'étend, et plus rapidement que la lumière, cela permet de résoudre mon problème !

Ca ne pose pas de problème ni pour Newton ni pour la relativité générale (du moins dans certaines conditions, la vitesse locale mesurée d'un objet reste toujours inférieure à c).

Par contre, dans un univers décrit pas la relativité restreinte, ce serait anormal. Mais là il faudrait tenir compte de la composition relativiste des vitesses qui fait que celle-ci reste toujours inférieure à c. Et là, on se rend compte que la relativité restreinte ne peut pas donner de bons résultats dans ce cadre. Ce n'est pas étonnant puisque la relativité restreinte est incompatible avec la gravité ! (d'où l'élaboration de la relativité générale par Einstein).

Tout ça n'est pas simple. En plus de nager dans un domaine bien étrange (l'univers, son expansion, ses origines), le vocabulaire et sa signification dépendent du cadre théorique. Dur dur la vie d'astrophysicien

C'est dommage car ça complique un peu la compréhension par un profane.