Fonds diffus cosmologique/Cmb : une explication un peu différente du rayonnement

[Daniel1958]

Bonjour.
Mon post est lourd mais il n'y a qu'une question véritable et et une reflexion qui fait suite à un précédent post sur l'objet des sciences (cosmologie et physique quantique).
Les pavés sont pour là uniquement pour les arguments. Que c’est dur de trouver les infos .

Chaque atome dans tout l'univers émettant le même rayonnement à un pouillème près. Autrement dit le rayonnement de chaque atome de tout l'univers pouvait se propager dans toutes les directions dans un milieu désormais transparent. À mesure que la température baissait, le rayonnement de corps noir virait vers le rouge bien sûr.

J’ai donc compris que le fonds diffus était le moment où la matière émettait un rayonnement suite à l’agitation thermique comme peut le faire un corps noir dans un espace devenu transparent.

Mais les données sur Wikipédia sont différentes. C’est la dernière interaction photons-electrons libres à priori.
cf Wikipédia

Jusque vers 380 000 ans, les conditions sont telles que tous les photons sont continuellement échangés entre les électrons, ces derniers formant une « mer » d'où les photons ne peuvent s'échapper.
La « mer » électronique ayant cessé d'exister, les photons peuvent désormais circuler librement dans l'Univers, devenu « transparent ». Quelle que soit l'époque considérée, ils sont donc partout dans l'Univers, à l'exception des corps célestes
Ensemble, ils constituent le fond diffus cosmologique (ou CMB pour Cosmic microwave background)
les scientifiques ont principalement étudié l'énergie des photons du CMB, permettant de vérifier que leur spectre électromagnétique était celui du corps noir
La surface de dernière diffusion est la région de l'espace d'où a été émis le rayonnement électromagnétique le plus ancien de l'Univers que l'on observe aujourd'hui, le fond diffus cosmologique. Ce rayonnement a été émis environ 380 000 ans après le Big Bang, il y a environ 13,7 milliards d'années. La surface de dernière diffusion est une région sphérique centrée sur l'observateur. surface dans l'état où elle était au moment où a été émis le rayonnement qui parvient à cet observateur.
À ses premiers instants, l'Univers est extrêmement dense et chaud. L'énergie sous forme de rayonnement électromagnétique est donc immense. Cependant, l'Univers reste opaque à celui-ci : tout photon est presque immédiatement absorbé par la matière environnante. À ces époques-là, la grande majorité des photons interagit principalement avec les électrons qui circulent librement dans l'Univers, car ceux-ci ne sont pas encore liés aux noyaux atomiques.
L'Univers devient alors brutalement transparent à la lumière, c'est ce que l'on appelle la recombinaison. Juste avant la recombinaison, les interactions entre photons et électrons se font par diffusion Thomson. Pour un photon donné, les interactions incessantes avec les électrons qui ont lieu avant la recombinaison cessent brutalement, faute d'électrons libres. Les photons se mettent alors à voyager en ligne droite. Ils ont interagi avec les électrons, ou diffusé une dernière fois au moment de la recombinaison, d'où le terme de « dernière diffusion ».

Je cite le livre de Guido Tonelli « Génése »

L'hypothèse est que l'univers se comporte comme immense four à rayon X et que le fonds diffus a un spectre de corps noir. En effet notre univers ne peut échanger de l'énergie avec un autre système.
Le FDC fournit une carte claire de la densité de matière au moment dela séparation avec les photons, de l'instant où les photons ont subi leur dernier diffusion un moment avant leur séparation initiale.

Qu'est-ce donc selon votre avis (moi je suis paumé) quel est l'origine de ce rayonnement une matière chaude qui rayonne ou une dernière interaction photons-électrons dans un univers devenu transparent ?


D'autre-part ce livre fourni une explication simple sur la rareté des neutrons, la période sombre et la re-ionisation. Toutes ces notions sont rares dans un "un livre de vulgarisation"
il nous parle d'un dieu matériel qui n'est pas à la base de tout mais simplement de notre univers "sa majesté le proton"


Toutes ces considérations font penser qu'il y a un vide quantique sujet à des fluctuations un champ de Higgs (avec son boson), 3 forces fondamentales, un modèle standard. Tout colle bien.
Mais l'univers a aussi sa propre histoire liée à sa dilatation et à la baisse de sa température moyenne. Pour compléter le tout il y a des lois de la nature que l'on peut prouver, démontrer, sans forcément les expliquer. On peut penser que demain on connaitra de mieux en mieux l'univers mais.....
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[saint.112]

Je ne comprends pas bien la question puisque tu sembles avoir compris la réponse du moins en partie.

Bonjour.
Mon post est lourd mais il n'y a qu'une question véritable et et une reflexion qui fait suite à un précédent post sur l'objet des sciences (cosmologie et physique quantique).
Les pavés sont pour là uniquement pour les arguments. Que c’est dur de trouver les infos .

Chaque atome dans tout l'univers émettant le même rayonnement à un pouillème près. Autrement dit le rayonnement de chaque atome de tout l'univers pouvait se propager dans toutes les directions dans un milieu désormais transparent. À mesure que la température baissait, le rayonnement de corps noir virait vers le rouge bien sûr.

Tu aurais dû inclure dans cette citation de mon post la phrase précédente :

L'univers est donc devenu un vaste nuage d'hydrogène et d'hélium neutres, quasi homogène, d'une température quasi uniforme, chaque atome émettant un rayonnement électromagnétique, avec un spectre de corps noir à 3000 K

Autrement dit un rayonnement thermique.

Tu dis :

J’ai donc compris que le fonds diffus était le moment où la matière émettait un rayonnement suite à l’agitation thermique comme peut le faire un corps noir dans un espace devenu transparent.

La matière ne s’est pas mise à émettre au moment du découplage, elle avait toujours émis un rayonnement thermique de corps noir mais auparavant celui-ci était absorbé aussitôt émis par la particule voisine. La différence est que le nuage de gaz est devenu transparent du fait de la recombinaison des noyaux et des électrons.
L’article de Wiki ne dit pas autre chose.

La citation de Guido Tonelli est sujette à caution.

Qu'est-ce donc selon votre avis (moi je suis paumé) quel est l'origine de ce rayonnement une matière chaude qui rayonne ou une dernière interaction photons-électrons dans un univers devenu transparent ?

Je te renvoie aux citations précédentes.

Nico

[Daniel1958]

Merci pour ta réponse

Je suis peut-être lourd et béte

mais diffusé une dernière fois au moment de la recombinaison, d'où le terme de « dernière diffusion ».

En fait ils disent que c'est la dernière interaction photons-electrons. Ce qui parait logique vu qu'il y naissance de la matière nucléons/electrons. Les photons qui étaient à 3000 K se sont donc désolidarisés des atomes pour vivre leur vie
Le spectre de corps noirs parait logique on est sur une température qui décroit lentement (selon la loi de Planck)

Ce qui me pose problème c'est : Le Rayonnement que l'on observe dans le fonds diffus à 2,7 K (je sais qu'ils ont nettoyé la photo du satellite Planck photon par photon pour ne conserver que de photons à 2,7K).

Est-ce ce rayonnement : la dernière interaction photons-electrons ou le rayonnement des atomes

Chaque atome dans tout l'univers émettant le même rayonnement à un pouillème près

Cette affirmation m' a été adressée

Ce qui n'est pas la même chose. Ou peut-être la même chose dite autrement mais qui ne fait pas sens pour moi. Après je vais être bête on aurait dû avoir du rayonnement à 2500 K 2000 K si c'était la matière qui ne rayonnait par effet de corps noirs

[Lansberg]

Bonjour,

Les photons qui étaient à 3000 K...
....ils ont nettoyé la photo du satellite Planck photon par photon pour ne conserver que de photons à 2,7K).

C'est l'univers qui rayonne comme un corps noir à 3000 K ou 2,7 K. Et le spectre d'un corps noir suit la loi de Planck.
Parler de photons à 3000 K ou 2,7 K n'a pas de sens.
Par contre la loi de Wien permet de calculer, Lambda max, qui donne la longueur d'onde du rayonnement qui présente le maximum d'intensité d'un corps noir à une température donnée :
Lambda max(m) = 2,9 x 10^-3 / T(K)
Donc à 2,7 K, Lambda max = 2,9 x 10^-3 / 2,7 = 0,00107 m = 1,07 mm ce qui correspond au "pic" de la courbe en cloche qui traduit la loi de Planck. Il suffit de faire une petite recherche sur la courbe obtenue par le satellite COBE concernant le spectre de corps noir de l'univers pour visualiser ce "pic" (il peut être donné en fréquence soit environ 280 GHz).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Daniel1958]

Parler de photons à 3000 K ou 2,7 K n'a pas de sens.

hum cf Wikipédia

Sous l'effet de l'agitation thermique, le corps noir émet un rayonnement électromagnétique

Ce n'est pas correct peut-être dit comme ça mais il y a bien fallu "enlever" les photons des rayonnements stellaires bien plus énergétiques pour ne garder qu'un fond diffus à 2,7 K.


C'est franchement difficile de se repérer il y des hypothèses qui semblent se contredirent.

[pm42]

Ce n'est pas correct peut-être dit comme ça mais il y a bien fallu "enlever" les photons des rayonnements stellaires bien plus énergétiques pour ne garder qu'un fond diffus à 2,7 K.

Dans toutes tes lectures, tu n'as rien lu sur le redshift provoqué par l'expansion de l'Univers ?

C'est franchement difficile de se repérer il y des hypothèses qui semblent se contredirent.

Après quelques centaines de fils, tu n'as toujours pas remarqué que la physique se tient mais que tu te trompes systématiquement ?

[Daniel1958]

Dans toutes tes lectures, tu n'as rien lu sur le redshift provoqué par l'expansion de l'Univers ?

ben justement c'est extrait de Futura

En astronomie, le décalage vers le rouge (ou redshift) est une augmentation de la longueur d'onde de la lumière causée par le mouvement de la source lumineuse qui s'éloigne de l'observateur

donc des photons émis en permanence par étoiles

Après quelques centaines de fils, tu n'as toujours pas remarqué que la physique se tient mais que tu te trompes systématiquement ?

Peut-être des fois mais là concernant le fond diffus

Est-ce ce rayonnement : la dernière interaction photons-electrons (je rajoute juste avant la séparation photons/atomes) ou le rayonnement des atomes (je rajoute après la séparation photons/atomes)

Et je te renvoie aux explications du début de mon post Wikipédia et Tonelli.

Franchement pour moi ce n'est pas la même chose 1) c'est un dernier rayonnement 2) c'est le rayonnement (continue) lié à l'agitation thermique (si c'est le cas je me pose la question de la décroissance visible du rayonnement de la matière)

[pm42]

Bref, c'est le n-ième fil sur le thème de "puisque je n'ai rien mais rien compris, j'en déduis que c'est la physique qui a tort et quand on m'explique, je ne fais aucun effort, j'explique que j'ai raison quand même d'abord".

Au moins, j'ai bien ri sur le fait que tu m'expliques pourquoi l'expansion n'affecte pas le CMB alors que c'est dans le 1er chapitre du Wikipedia sur le sujet et qu'un bête moteur de recherche donne des millions d'explication du phénomène.

[Daniel1958]

Au moins, j'ai bien ri sur le fait que tu m'expliques pourquoi l'expansion n'affecte pas le CMB alors que c'est dans le 1er chapitre du Wikipedia sur le sujet et qu'un bête moteur de recherche donne des millions d'explication du phénomène.

Ce n'est pas le sujet

Simplement je souhaite que l'on réponse à cette simple question

Franchement pour moi ce n'est pas la même chose 1) c'est un dernier rayonnement 2) c'est le rayonnement (continue) lié à l'agitation thermique

Dans les deux cas l'expansion affectera obligatoirement le CMB en faisant baisser la température moyenne car la densité thermique rapportée au volume chutera. Ce n'est pas le sujet. Le sujet est simplement de quelle origine est le signal dès que l'univers devient clair là j'ai deux explications concurrentes et je suis bien incapables de choisir entre les deux.

Apres peut être que c'est une conjugaison des deux, je ne sais pas. Bon je n'ai pas tenu compte de la notion d'équilibre thermique (A la base)

Une simple réponse serait plus utile qu'une raillerie improductive. Ce n'est pas compliqué de dire ....

[pm42]

Une simple réponse serait plus utile qu'une raillerie improductive

Tu ne comprends pas les réponses quand tu fais l'effort de les lire une fois sur 10 et tu expliques pourquoi elles sont fausses et que le problème, c'est forcément le reste.

Et si, c'est le sujet : tu as expliqué "qu'il fallait retirer les photons les plus énergétiques" donc clairement, tu n'as aucune idée de ce qu'est le CMB.

Quand à ta "question", là aussi, la réponse est partout, dans toute la vulgarisation et personne n'a jamais dit que c'était un rayonnement continu du à l'agitation thermique.
Ce qui est une formulation encore différente de ton 1er post.

Bon, j'arrête là parce que comme on te l'a dit 100 fois, tant que tu continueras à lire tout sans rien y comprendre, assembler des mots et des phrases extraits pour arriver systématiquement à la conclusion que "il y a un problème, la science n'est pas cohérente sinon j'y arriverais", on n'avancera pas.

[mtheory]

hum cf Wikipédia

La température est un concept thermodynamique macroscopique, il s'applique à un corps macroscopique, on parle donc de la température d'un gaz d'atomes ou d'un gaz de photons, pas de la température d'un atome ou d'un photon.

[mtheory]

Tout ce que l'on sait de certains c'est qu'au départ il y a un mélange de photons, de neutrinos, d'électrons, de muons, de taons et de quarks chauds donc des particules chargées qui émettent et absorbent des photons. On sait ensuite que ce mélange se refroidit et qu'au moment de la dernière diffusion la composante photonique se découple des électrons et des quarks, quarks qui eux-même étaient déjà devenus des nucléons depuis un bon moment de toute façon, muons et taons s'étant désintégrés.

Environ 380.000 après le BB on a donc un mélange de neutrinos, protons, neutrons, électrons et photons et en quelques milliers d'années, des atomes se forment dans un bain de photons résiduels chaud formant un gaz de photons décrit par la distribution de Planck du corps noir qui est l'analogue de la distribution de Maxwell des molécules d'un gaz parfait. Au moment de la dernière diffusion, le gaz de photons et le gaz d'atomes vont évoluer indépendamment, les atomes peuvent se choquer ou former un gaz chauffé par l'effondrement d'un nuage de matière et se mettre en réponse à émettre de la lumière mais les photons émis ne sont plus majoritairement absorbés par des particules chargées comme dans le cas du plasma primordial. Ils peuvent donc voyager sur des distances macroscopique comme les photons quittant la surface solaire pour pénétrer dans une région où le plasma solaire ne joue plus le rôle d'un milieu opaque, rendant impossible de voir l'intérieur du Soleil.

[Daniel1958]

Je redécompose pour ma compréhension.

Tout ce que l'on sait de certains c'est qu'au départ il y a un mélange de photons, de neutrinos, d'électrons, de muons, de taons et de quarks chauds donc des particules chargées qui émettent et absorbent des photons. On sait ensuite que ce mélange se refroidit et qu'au moment de la dernière diffusion la composante photonique se découple des électrons et des quarks, quarks qui eux-même étaient déjà devenus des nucléons depuis un bon moment de toute façon, muons et taons s'étant désintégrés.

C'est clair et pédagogique

Environ 380.000 après le BB on a donc un mélange de neutrinos, protons, neutrons, électrons et photons et en quelques milliers d'années, des atomes se forment dans un bain de photons résiduels chaud formant un gaz de photons décrit par la distribution de Planck du corps noir qui est l'analogue de la distribution de Maxwell des molécules d'un gaz parfait. Au moment de la dernière diffusion, le gaz de photons et le gaz d'atomes vont évoluer indépendamment

idem c'est clair

les atomes peuvent se choquer ou former un gaz chauffé par l'effondrement d'un nuage de matière et se mettre en réponse à émettre de la lumière mais les photons émis ne sont plus majoritairement absorbés par des particules chargées comme dans le cas du plasma primordial. Ils peuvent donc voyager sur des distances macroscopique comme les photons quittant la surface solaire pour pénétrer dans une région où le plasma solaire ne joue plus le rôle d'un milieu opaque, rendant impossible de voir l'intérieur du Soleil.

C'est clair et pédagogique et c'est quasiment un cours de cosmologie primordiale


Mais pourquoi Wikipédia et M. Tonelli parle du dernier flash photon/électron (matière). Cela n'a plus vraiment de sens ?

Question subsidiaire que vont devenir les photons libres (le gaz de photons) lors du découplage (plus précisément)?

Ah Merci question résolue

[Pio2001]

Qu'est-ce donc selon votre avis (moi je suis paumé) quel est l'origine de ce rayonnement une matière chaude qui rayonne ou une dernière interaction photons-électrons dans un univers devenu transparent ?

C'est exactement la même chose.

Avant le temps t, il y a interaction photons - électrons.
Au temps t, les électrons se combinent aux nucléons pour former des atomes.
Alors, les photons sont-ils libérés par les électrons ou par les atomes ?

Réponse : ils sont libérés par des électrons en train de transformer en atomes en s'associant avec les nucléons.

1) c'est un dernier rayonnement 2) c'est le rayonnement (continue) lié à l'agitation thermique (si c'est le cas je me pose la question de la décroissance visible du rayonnement de la matière)

C'est compliqué, car ce n'est pas seulement la matière qui émet le rayonnement, c'est aussi le rayonnement qui chauffe la matière. Les deux sont en équilibre thermique, et les deux refroidissent sous l'effet de l'expansion de l'espace, et ce aussi bien avant qu'après le découplage.
Lorsque le rayonnement de fond est tombé à 2500 K, par exemple, si un morceau de matière à 1000 K se trouvait quelque part, même dans un univers transparent, il ne faut pas ajouter son rayonnement à celui du rayonnement de fond pour calculer le total des deux. Ce morceau de matière va être rapidement réchauffé jusqu'à 2500 K par le rayonnement qu'il reçoit depuis le fond du ciel.
En somme, c'est toujours l'expansion de l'espace qui a déterminé la température du rayonnement de fond, jusqu'à aujourd'hui où elle est de 2.7 K. En dehors des étoiles, où ça chauffe localement, la matière inerte n'a fait que suivre le mouvement en s'alignant sur la température du rayonnement de fond.

[Daniel1958]

D'accord sur ça Mthéory l'a bien expliqué.

Toi aussi avec un rajout sur l'équilibrage thermique post séparation

C'est vrai (heu après vos explications) qu'il faut voir ça comme un gaz (bien théorisé par Bose-Einstein pour les photons)

Je vais poser la question différemment.
Pendant qu'elle durée aurait-on pu voir ce rayonnement. L'univers est resté clair longtemps avant la formation des premières étoiles. Si je ne dis pas de bêtises on le voit tel qu'il était il y a 13,5 10⁹Al. Mais si ce rayonnement a continué à être émis pendant 100 millions années comment faire (la température ayant baissé) pour le distinguer du rayonnement primitif à 380 10³Al

[Pio2001]

Mais si ce rayonnement a continué à être émis pendant 100 millions années comment faire (la température ayant baissé) pour le distinguer du rayonnement primitif à 380 10³Al

En fait, il n'est pas "émis", il est juste "là" et il n'a nulle par où aller, puisqu'à côté, c'est déjà plein du même rayonnement. Il n'a rien dans quoi se refroidir. Pas de ciel noir et froid dans lequel ce rayonnement chaud et brillant pourrait se disperser.

Une analogie : tout se passe comme si on enfermait une lumière vive dans une bouteille tapissée de miroirs absolument parfaits. La lumière rebondirait indéfiniment sur les parois. Et si un an plus tard on ouvrait la bouteille, un flash en sortirait.
L'univers rempli de rayonnement de fond est semblable, sauf qu'au lieu de rebondir sur des parois, le rayonnement qui se disperse au loin est indéfiniment remplacé par le rayonnement venant d'un peu plus loin. Sa densité ne baisse jamais, comme dans la bouteille fermée.

Maintenant, si la bouteille se dilate, la densité de lumière enfermée dedans va diminuer. L'expansion de l'espace a le même effet. Avec en corollaire la baisse de l'intensité et de la température associée.

[Daniel1958]

ben "ite missa est"

Un grand grand merci pour tes explications éclairées. C'est clair et je ne pose plus de questions.

Encore une fois merci sympathique et pédagogique.

Ah si j'avais pu trouver cette description. Je sais j'ai le livre que tu citais il était sous une pile. Faudra que j'y jette une oeil sérieux

[Daniel1958]

Un grand grand merci pour tes explications claires et pédagogiques. Toutes les explications m'ont été données. Et là c'est complet.

C'est vraiment sympathique de ta part.


Ah je sais il faut que je lise le livre que tu m'avais cité. il est sous une pile. Mais il l'air vraiment bien

[Daniel1958]

Néanmoins j'ai lu que la photo du fonds diffus a été travaillée pour ne laisser qu'une "homogénéité" thermique globale basse et qu'il a bien fallu éliminer le rayonnement "parasite" des étoiles proches.

La photo comportait un nombre de pixels ahurissants à travailler.

C'est en ce sens

[Pio2001]

Oui, c'est bien ça.
Il y a plein de trucs qui nous "bouchent la vue" et qui émettent du rayonnement, dont les étoiles proches. Ils ne sont pas en équilibre avec le rayonnement de fond. Ils sont toujours plus chaud.

Il y a les inertes (naines blanches, planètes...). Leur chaleur résiduelle s'évacue vers l'espace, qui est empli du rayonnement de fond. Un équilibre finira par s'établir entre eux et le rayonnement de fond.
Il y a les actifs (étoiles, nuages en contraction...). Ils produisent de la chaleur et contribuent à réchauffer l'univers.

Les circonstances ont fait que l'on peut décomposer le total en une partie à spectre large et chaud, précisément localisée sur la sphère céleste (à l'emplacement des galaxies, des étoiles etc), et une partie diffuse et homogène, très froide (dont le spectre est localisé vers les micro-ondes) qu'on appelle rayonnement de fond. Ce sont des zones noires du ciel entre les étoiles, où la ligne de visée ne coupe aucun nuage en contraction, galaxie ou autre. Juste la matière intergalactique en équilibre thermique avec le rayonnement de fond.

[Daniel1958]

Ben encore merci c'est clair compréhensible et didactique. C'est ce que j'aurais aimé avoir comme explication dans les livres.