Âge de l'univers

[hammadiashraf]

Bonjour à tous,
Je n'arrive pas à comprendre pourquoi tout ce qui apparaît dans le fin fond de l'espace appartient forcément au plus proche de l'origine de l'univers ?
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[Lansberg]

Bonjour,

plus un objet est éloigné et plus il faut de temps à sa lumière pour nous parvenir. La lumière qui nous arrive du Soleil a mis environ 8 minutes pour franchir la distance qui nous en sépare. Nous voyons le Soleil tel qu'il était il y 8 min. Pour la plus proche étoile, le décalage est d'environ 4 ans (sa distance est de 4 années-lumière). Pour les galaxies le décalage "temporel" se compte en millions ou milliards d'années. Donc plus la lumière met de temps à nous parvenir d'une galaxie, plus elle est vue loin dans le passé (ou "proche de l'origine de l'univers").

[hammadiashraf]

Merci !
Mais pourquoi doit-on pensé que ce qui nous est lointain est forcément à l'origine de la naissance de l'univers ?

[Lansberg]

Ce qui est lointain n'est pas "à l'origine de la naissance de l'univers", mais seulement observé lorsque l'univers était plus jeune.
La réciproque est aussi vraie : ces régions très lointaines voient notre galaxie lorsqu'elle était beaucoup plus jeune.

[A voir en vidéo sur Futura]

[hammadiashraf]

Puisque c'est relatif, quel est le modèle adopté par la plupart des communautés scientifiques et pourquoi ?

[Amanuensis]

Mais pourquoi doit-on pensé que ce qui nous est lointain est forcément à l'origine de la naissance de l'univers ?

Il y a un problème de conjugaison, comme souvent.

On ne parle pas de ce qui EST lointain, mais de ce qu'on voit du passé, de ce qui A ETE. Ce n'est pas une bonne idée de penser en termes de distance, suffit de penser en termes de durée: une image que l'on voit maintenant et venant du lointain passé montre quelque chose qui est forcément plus proche de la naissance de l'univers que nous, maintenant.

La bonne question est alors qu'est-ce qui nous permet de "dater" une image que nous recevons maintenant, par exemple l'image d'une galaxie. Un modèle cosmologique a été établi, rendant bien compte de ce qu'on observe, et il implique un "décalage vers le rouge", une augmentation des longueurs d'onde, qui est fonction de la durée que l'image a mise pour nous atteindre.

On devrait donc donner l'âge d'une image par la valeur du décalage vers le rouge, mais il est bien plus usuel de traduire la durée en une distance, en partant de l'idée que c'est "la distance parcourue par la lumière". Malheureusement ce n'est pas aussi simple que cela, selon le modèle cosmologique lui-même.

En particulier, si on voit maintenant une image très ancienne d'une galaxie, alors il nous impossible de "voir" cette galaxie telle qu'elle est postérieurement, ni même parler "rigoureusement" de la distance à laquelle elle a été, alors et ensuite.

Bref, on ne voit pas ce qui est lointain "maintenant", mais on voit des images venues du lointain passé, donc forcément d'autant plus proche de ce qu'on peut "imaginer" comme la "naissance de l'univers" que ce passé est plus ancien (comme mesuré par la décalage vers le rouge).

[hammadiashraf]

Merci pour cette intervention. Je conçois que le signal qui nous parvient est relatif par l'image du passé de l'objet certes mais comment peut-on affirmer que cette formation lointaine date forcément du début du big bang ? Elle pourrait bien exister après les galaxies voisines si on regarde l'espace de son extérieur : je me pose la question sur le modèle adopté car l'expansion de l'univers est réelle et montré par le rougeoiment de ces formations lointaines ayant acquis une énergie cinétique plus grande donc forcément nées dans le prolongement du big bang !

[Amanuensis]

comment peut-on affirmer que cette formation lointaine date forcément du début du big bang ?

On ne voit aucune image plus ancienne que le passage à la transparence, événement à l'origine du rayonnement libre qu'est le rayonnement du fonds de ciel. Pas le "big bang" au sens de la vulgarisation.

Elle pourrait bien exister après les galaxies voisines si on regarde l'espace de son extérieur : je me pose la question sur le modèle adopté car l'expansion de l'univers est réelle et montré par le rougeoiment de ces formations lointaines ayant acquis une énergie cinétique plus grande donc forcément nées dans le prolongement du big bang !

??? Pas compris.

[Au passage, pour un "positiviste" comme moi, ce qui est "réel" c'est le rougeoiement en question. A contrario la notion d'expansion est une construction intellectuelle qui a le bon goût d'expliquer ledit rougeoiement et bien d'autres observations, et de ne pas contredire la Relativité Générale. Mais c'est un détail "philosophique".]

[pachacamac]

Bonjour Hammadiashraf

Quelques remarques complétentaires :

sur "l'origine de la naissance de l'univers ?" le big-bang et "le début du big bang ? on ne sait rien. Certaines théories font des hypothèses mais qui restent très hypothétiques...

Pour expliquer un peu plus ce que dit Amanuensis : "On ne voit aucune image plus ancienne que le passage à la transparence, événement à l'origine du rayonnement libre qu'est le rayonnement du fonds de ciel."

Le passage à la transparence c'est quand les photons deviennent libres de se propager. Avant quand la température de l'univers était supérieure à 3000° il n'y avait pas d'atomes mais un plasma constitué essentiellement de protons et d'electrons qui absorbait sans cesse et remettait les photons qui ne pouvaient donc se propager librement.

Cette image ( provenant des photons qui ont voyagé 13, 8 milliards d'années , qui ont été émis bien avant la formation des étoiles et qui arrivent maintenant de toutes les directions sur nos détecteurs) forme ce qu'on appelle le fond diffus cosmologique plus connu sous son acronyme anglais le CMB (Cosmcic Microwave Background )

Tu peux en voir une image ici =>https://apod.nasa.gov/apod/image/0302/sky_wmap_big.jpg

Pour savoir ce qui c'est passé avant et qu'on ne peut pas voir quand l'univers était beaucoup beaucoup plus dense et chaud il faut faite appel aux connaissances issues de la physique des particules.

[Lansberg]

Bonjour,

on peut ajouter que les photons du CMB ont été émis lorsque l'univers avait environ 380 000 ans. À 3000 K (degrés Kelvin), l'essentiel des photons sont dans l'infrarouge. Avec l'expansion de l'univers ils sont reçus maintenant dans le domaine des micro-ondes (proches des ondes radio). La "taille" de l'univers observable a été multipliée par ~1100 (décalage vers le rouge ou redshift) depuis l'émission de ces photons et la longueur d'onde de ces derniers a été multipliée par le même facteur (passant de 0,97 µm à 1 mm). La température de l'univers a quant à elle été divisée par 1100 (2,7 K).
Donc à un redshift donné correspond un âge cosmique donné. On ne peut rien observer au-delà du redshift 1100 qui correspond à l'émission du CMB (âge cosmique de 380 000 ans). Les galaxies se sont formées au minimum 100 à 300 millions d'années plus tard. Pour remonter à cette époque, il faut capter des photons qui ont voyagé pendant 13,6 ou 13,7 milliards d'années. Ça correspond à des galaxies très peu lumineuses avec une lumière fortement décalée dans l'infrarouge et dont le redshift est au moins de 20. C'est la mission du James Webb télescope de détecter de telles galaxies (son miroir est conçu pour travailler dans le domaine des infrarouges).

[Gilgamesh]

Merci pour cette intervention. Je conçois que le signal qui nous parvient est relatif par l'image du passé de l'objet certes mais comment peut-on affirmer que cette formation lointaine date forcément du début du big bang ? Elle pourrait bien exister après les galaxies voisines si on regarde l'espace de son extérieur : je me pose la question sur le modèle adopté car l'expansion de l'univers est réelle et montré par le rougeoiment de ces formations lointaines ayant acquis une énergie cinétique plus grande donc forcément nées dans le prolongement du big bang !

Ce qui est en gras indique assez bien, je pense, ce qui coince.

Le Big Bang ne s’est pas produit en un endroit. Ces formations lointaines ne sont en aucun cas plus proches ou “dans le prolongement” du Big Bang en termes de distance physique.

Imagine que tu es au sein d’une foule qui s’étend à l’infini. À un moment donné, tout le monde frappe dans ses mains, une seule fois, partout en même temps. Ce claquement des mains, c’est l’analogie de la lumière qui se libère du brouillard initial au même instant dans tout l’univers. Disons que le son se propage à 300 m/s. Au début, tu entends ton propre claquement de main. Au bout de 1 s, tu écoutes celui du cercle des gens situés à 300 m de toi, à 10 s celui de ceux situés à 3 km de toi, etc. Tu entends le claquement de main de plus en plus de gens, mais ils sont situés de plus en plus loin, et les deux se compensent. Tu entends donc un son continu, pendant une durée infinie. C’est l’analogue du rayonnement fossile.

Maintenant, il faut imaginer que les gens sont situés sur une surface élastique qui grandit en permanence. Pour bien visualiser ça, couvre mentalement l’univers d’un repère de coordonnées, c’est-à-dire d’un grand calque millimétré en trois dimensions. Sur ce calque, tu places les objets et tu notes leurs coordonnées x, y, z.

Une fois que tu as fait ça, tu peux concevoir les deux types de mouvements :

- le mouvement propre : les coordonnées de l’objet changent avec le temps. De cette façon se forment les galaxies et des amas : les objets attirent les objets proches et se regroupent pour former des masses liées. Ce mouvement structure localement l'univers mais il est négligeable à l’échelle cosmologique.

- le mouvement comobile : les coordonnées de l’objet restent identiques, mais l’intervalle entre deux graduations grandit. Autrement dit, le calque est en expansion. Chaque objet voit tous les objets lointains s’éloigner de lui. C'est l’expansion de l’univers. Les gens que tu vois n’ont pas été projetés par une explosion, ils n’ont pas d’énergie cinétique, c’est juste l’espace entre vous qui grandit du seul fait de la distance.

Du fait de cet éloignement à une vitesse proportionnelle à la distance, l’effet Doppler fait que le son qui t’en parvient est de plus en plus grave et assourdi. C’est l’analogue du redshift cosmologique qui s’applique au rayonnement fossile.