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Fond diffus cosmologique




  1. #1
    Didierisa

    Fond diffus cosmologique

    Bonjour, je viens de lire que les photons du fond diffus cosmologique ont été émis peu après le Big Bang, en s'échappant du plasma très chaud, et ensuite se sont refroidis jusqu'à donner un spectre de type corps noir à environ 3K, qui nous parvient actuellement (a priori après quelques milliards d'année).

    Le spectre émis à la source se situait vers les très hautes énergies.
    Comment explique-t-on que les photons se refroidissent ?

    -----


  2. Publicité
  3. #2
    pm42

    Re : Fond diffus cosmologique

    Citation Envoyé par Didierisa Voir le message
    Comment explique-t-on que les photons se refroidissent ?
    A cause de l'expansion de l'Univers. 2ème paragraphe de https://fr.wikipedia.org/wiki/Fond_diffus_cosmologique.

  4. #3
    Didierisa

    Re : Fond diffus cosmologique

    Je m’aperçois que ma question première était incomplète.
    Dans "https://www.20minutes.fr/sciences/1603231-20150507-espace-voici-galaxie-plus-lointaine-jamais-observee", on voit une image dans le domaine visible de la plus ancienne Galaxie (13 milliards d'année), dont la lumière a été émise juste après le Big Bang.
    Comment se fait-il que le rayonnement ne se soit pas refroidi comme le rayonnement du fond diffus cosmologique ?


  5. #4
    pm42

    Re : Fond diffus cosmologique

    Citation Envoyé par Didierisa Voir le message
    Comment se fait-il que le rayonnement ne se soit pas refroidi comme le rayonnement du fond diffus cosmologique ?
    A la louche, je dirais que c'est parce que le redshift n'est absolument pas comparable : 1100 pour le CMB, 7.7 pour la galaxie à laquelle tu fais référence.
    Note également que ce ne sont pas des photons de site haute énergie que cela : l'Univers était à 3000K au moment où ils ont été émis.

    La courbe https://en.wikipedia.org/wiki/File:g...pared_to_z.png qui vient de la page https://en.wikipedia.org/wiki/Redshift te donne le redshift en fonction de la distance comobile. Tu vois qu'il augmente très vite dès qu'on s'approche du big-bang.

    P.S : j'ai fait au mieux mais si quelqu'un de plus pointu peut valider, c'est bien.

  6. #5
    saint.112

    Re : Fond diffus cosmologique

    Citation Envoyé par Didierisa Voir le message
    Bonjour, je viens de lire que les photons du fond diffus cosmologique ont été émis peu après le Big Bang, en s'échappant du plasma très chaud, et ensuite se sont refroidis jusqu'à donner un spectre de type corps noir à environ 3K, qui nous parvient actuellement (a priori après quelques milliards d'année).
    Il y a erreur. Tu auras des explications assez complètes pour commencer dans Fond diffus cosmologique ou mieux Cosmic microwave background et dans les articles associés, Découplage du rayonnement, etc.

    Quelque 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, tout rayonnement électromagnétique interférant 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. C'est ce qu'on appelle la recombinaison, et ce gaz est devenu transparent, ce qu'on appelle donc le découplage du rayonnement, car les atomes non ionisés sont neutres.

    Citation Envoyé par Didierisa Voir le message
    Le spectre émis à la source se situait vers les très hautes énergies.
    Comment explique-t-on que les photons se refroidissent ?
    L'univers était donc devenu un vaste nuage d'hydrogène et d'hélium, quasi parfaitement homogène, neutre, 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’expansion de l’espace la température de couleur de ce rayonnement, autrement dit sa fréquence, a considérablement diminué et nous apparait à ~2,7 K.

    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.
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Amanuensis

    Re : Fond diffus cosmologique

    Un autre cas qui peut aider; ce qu'on appelle la «surface du Soleil» est une transition similaire (mais spatiale, pas temporelle). L'intérieur relativement à cette surface est un plasma, de densité et température décroissant en s'éloignant du centre. Il est opaque, on ne peut pas voir l'intérieur. Quand la décroissance a atteint une certaine valeur, il y a recombinaison, le gaz devient transparent, et ce qu'on voit de loin est la «surface», en fait la région de recombinaison. Dans le cas du Soleil, la température est 5800 K.

    (3000 K correspond à la transition pour une naine rouge comme l'étoile de Barnard; la gamme de température est liée aux énergies d'ionisation de H et He, la température précise aux conditions de pression. En gros le CMB est ce qu'on voit d'une partie de surface type celle d'une naine rouge, image décalée spectralement par l'expansion.)
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  9. #7
    Gilgamesh

    Re : Fond diffus cosmologique

    Citation Envoyé par Didierisa Voir le message
    Bonjour, je viens de lire que les photons du fond diffus cosmologique ont été émis peu après le Big Bang, en s'échappant du plasma très chaud, et ensuite se sont refroidis jusqu'à donner un spectre de type corps noir à environ 3K, qui nous parvient actuellement (a priori après quelques milliards d'année).

    Le spectre émis à la source se situait vers les très hautes énergies.
    Comment explique-t-on que les photons se refroidissent ?
    Les photons refroidissent car leur énergie est E = pc et le terme p (l'impulsion) est vulnérable à la croissance du facteur d'échelle.

    Il se passera la même chose pour une particule massive par exemple un proton, de très haute énergie au départ et qui se propage dans un univers en expansion. Son énergie de masse mc² (énergie dite non relativiste) restera invariante, mais son énergie relativiste pc baissera dans les mêmes proportion que celle du photon. Si l'univers double de taille, l'énergie relativiste de la particule est divisée par deux.
    Dernière modification par Gilgamesh ; Aujourd'hui à 01h02.
    Parcours Etranges

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  11. #8
    Didierisa

    Re : Fond diffus cosmologique

    Merci beaucoup à tous, je comprends maintenant la différence entre l'effet Doppler et l'effet de l'expansion de l'univers dans la théorie de la relativité générale d'Einstein. Il s'agit donc de deux phénomènes distincts.

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