Noir c'est noir...

[jojo17]

Bonsoir,
Une question simple, a priori, mais comme je sais qu'il faut se méfier des a priori ...
Y-a-t-il dans l'univers des lieux sans lumière ?
Merci,
Bonne soirée.
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[antek]

Dans le spectre de vision des humains ?

[jojo17]

De la lumière ! Tout son spectre je suppose ?
L'onde électromagnétique ?

[Gilgamesh]

Bonsoir,
Une question simple, a priori, mais comme je sais qu'il faut se méfier des a priori ...
Y-a-t-il dans l'univers des lieux sans lumière ?
Merci,
Bonne soirée.

Si on considère l'ensemble du spectre électromagnétique, du domaine radio au domaine gamma, tout l'univers, sans exception, est baigné de rayonnement, même à l'intérieur des trous noirs.

Si on ne considère que la fraction optique du spectre, on peut chipoter un peu. Mais d'abord, l'Univers est essentiellement vide. Dans le milieu interplanétaire, au sein du Système solaire, on trouve de l'ordre de 10^{6 à 8} protons/m³, dans le milieu interstellaire on est autour de 10⁵ protons/m³, dans le milieu intergalactique on descend en dessous de 1 proton/m³ et dans les vides les plus prononcés de l'univers, entre les amas, on va jusqu'à 10^{–7 à –8} protons/m³. À comparer à la densité de l'air au niveau de la mer, de l'ordre de 10²⁵ atomes/m³.

Étant extrêmement vide, l'espace est donc extrêmement transparent. La densité surfacique de l'univers cumulée sur plusieurs milliards d'années-lumière peut ne pas excéder l'épaisseur d'une bulle de savon. Donc au premier ordre et à un très haut degré, l'univers n'oppose pas d'obstacle à la propagation de la lumière.

Bon, maintenant il y a quand même quelques milieux à la fois denses, donc opaques au rayonnement stellaire, et froids (en dessous de ~1000K), donc non émetteurs dans l'optique. Cela concerne bien sûr l'intérieur des planètes, du moins en surface. Mais plus on plonge en profondeur, plus la température augmente et une cavité ouverte au sein du manteau serait remplie de lumière visible. Sur Terre, au-delà d'une centaine de km la température dépasse largement 1000°C, donc l'intérieur de la Terre est majoritairement lumineux.

Plus important quantitativement, il y a l'intérieur des nuages moléculaires, où naissent les étoiles. La température peut descendre à moins de 100K et la densité dépasser 10¹² protons/m³ et une épaisseur d'une fraction d'année-lumière permet d'atteindre l'opacité totale en optique.

Donc, par l'effet d'une charmante ironie (mais qui possède un sens physique profond), les seuls grands espaces obscurs au sein de l'Univers sont ceux où il va forger ses sources de lumière, les étoiles.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jojo17]

Merci Gilgamesh, c'est limpide, comme d'habitude !

Donc, par l'effet d'une charmante ironie (mais qui possède un sens physique profond), les seuls grands espaces obscurs au sein de l'Univers sont ceux où il va forger ses sources de lumière, les étoiles.

Est ce à rapprocher du constat que la flamme n'a pas d'ombre ?

[Gilgamesh]

Merci Gilgamesh, c'est limpide, comme d'habitude !

Est ce à rapprocher du constat que la flamme n'a pas d'ombre ?

Mmmh, je ne le dirais pas comme ça.

Le lien entre la basse température, alliée à la densité élevée (relativement au reste du milieu galactique) des nuages moléculaires, et la naissance des étoiles réside simplement dans les conditions requises pour déclencher l'effondrement interne du nuage, qui conduira à la formation d'une étoile.

Plus le nuage est dense, plus sa gravité est élevée ; plus il est froid, moins il opposera de pression interne à la gravité. Les deux réunis, ça fait des Chocapic.

La meilleure manière de refroidir le nuage est d’augmenter sa densité (plus les chocs moléculaires sont fréquents, plus le milieu rayonne) et d’y intégrer des poussières, qui sont d'excellents radiateurs, ce qui amplifie encore les pertes radiatives. Ce sont ces poussières (issues d'anciennes générations stellaires) qui vont opacifier les nuages moléculaires.

un petit topo là dessus: https://forums.futura-sciences.com/a...ml#post5701108

[jojo17]

Merci !
Dans le cadre de l'expansion, et comme le flux électromagnétique a une vitesse finie, Y-a-t-il une frange de l'univers qui n'est pas atteinte par ce flux ? L'espace qui se crée est il toujours lumineux ?

[jojo17]

Comme je n'ai pas de réponse je suppose que j'ai dû dire une bêtise désolé

[Garion]

Oui, le rayonnement diffus cosmologique a été émis de partout à la fois. Et l'espace se créent entre les structures existantes, donc tout l'univers est baigné dans le FDC.

[Gilgamesh]

Merci !
Dans le cadre de l'expansion, et comme le flux électromagnétique a une vitesse finie, Y-a-t-il une frange de l'univers qui n'est pas atteinte par ce flux ? L'espace qui se crée est il toujours lumineux ?

Disons qu'on représente la lumière qui se propage dans l'espace comme une ligne ondulée 〰. L'espace entre deux crêtes est inversement proportionnel à l'énergie du photon. Si on représente l'espace en expansion comme la surface d'un ballon, pour se représenter l'univers primordial, il faut coller nos petites lignes ondulées uniformément sur toute la surface du ballon. Le jeune univers est dominé par le rayonnement, au sens où la densité de rayonnement représente presque toute la quantité d'énergie de l'univers, et plus on s'approche de l'origine de l'expansion (t = 0), plus la part du rayonnement tend vers 1.

Quand le ballon grandit, aucune partie de sa surface ne se vide de son rayonnement, on a juste des photons qui se diluent dans un volume d'univers plus vaste.

En outre, les lignes ondulées représentant la longueur d'onde des photons sont distendues exactement dans les mêmes proportions que le rayon du ballon. Si le ballon grandit d'un facteur dix, la longueur d'onde des rayonnements qui se propagent dans l'univers augmente d'un facteur dix. Et l'énergie de chaque photon est donc divisée par dix. C'est le décalage vers le rouge, ou redshift.

L'univers est donc uniformément rempli d'un rayonnement dont l'énergie diminue avec le temps.

[jojo17]

D'accord je comprends, merci pour ta pédagogie.
Par analogie, il y a donc une relation proportionnelle entre la constante cosmologique, responsable de l'expansion et l'évolution de la longueur d'onde du rayonnement ? Ça ne paraît pas anodin.

[Lansberg]

Bonjour,

l'expansion de l'univers n'est pas gouvernée uniquement par l'énergie noire (assimilée en première approximation à la constante cosmologique, même si aux dernières nouvelles c'est plus compliqué). La matière sous toutes ses formes intervient, de même que le rayonnement et l'éventuelle courbure de l'univers.
L'évolution du facteur d'échelle (le rayon du ballon dans l'exemple de Gilgamesh) est fonction de ces différentes composantes et ça n'est pas linéaire.

[jojo17]

Merci pour ta correction Lansberg!
Il me semble que Gilgamesh m'en avait déjà parlé, mais comme je ne suis pas assidu...
Il est quand même remarquable que la longueur d'onde du rayonnement évolue exactement dans les mêmes proportions que le facteur d'échelle.
Le rayonnement paraît avoir un statut "particulier" dans l'univers

[Gilgamesh]

Merci pour ta correction Lansberg!
Il me semble que Gilgamesh m'en avait déjà parlé, mais comme je ne suis pas assidu...
Il est quand même remarquable que la longueur d'onde du rayonnement évolue exactement dans les mêmes proportions que le facteur d'échelle.
Le rayonnement paraît avoir un statut "particulier" dans l'univers

Cela concerne en fait l'impulsion de toutes les particules, et pas seulement celle du photon.

Imaginons que Alice remplisse un thermos parfaitement isolé avec du thé à la température initiale T = 360 K (87°C), puis le lance vers Bob dans un univers en expansion.

Bob reçoit le thermos après que l'univers a crû d'un facteur a = 2.

Il boira un thé à la température T/a = 180 K (– 93°C). Bon, en fait ça sera du thé glacé.

[jojo17]

D'accord, merci.
De ce que je me souviens, et comme me l'a rappelé Lansberg, le facteur d'échelle évolue en fonction du contenu de l'univers et de sa topologie mais il évolue aussi sous l'effet d'une gravité répulsive.
Est ce que l'impulsion des particules évolue à cause de l'interaction avec ce qui est impliqué dans cette gravité répulsive ou est ce que son évolution est une conséquence de cette gravité répulsive (plus d'espace entre les particules) ?

[Lansberg]

La "gravité répulsive", c'est une autre façon de parler de l'énergie noire. De la même manière, on lit parfois "composante anti-gravitante".

[jojo17]

L'évolution du facteur d'échelle (le rayon du ballon dans l'exemple de Gilgamesh) est fonction de ces différentes composantes et ça n'est pas linéaire.

De ce que je me souviens, le facteur d'échelle évolue différemment selon que le contenu de l'univers soit dominé par le rayonnement , par la matière ou par la constante cosmologique.
Je vais reformuler donc, est ce que l'évolution de l'impulsion des particules est dû au simple fait de l'accroissement de l'espace? Est-ce une question de degrés de liberté ? Ou bien est ce à cause d'interactions ?

[MissJenny]

Donc, par l'effet d'une charmante ironie (mais qui possède un sens physique profond), les seuls grands espaces obscurs au sein de l'Univers sont ceux où il va forger ses sources de lumière, les étoiles.

parce que l'intérieur de l'étoile est trop chaud pour émettre dans le visible? ou trop froid?

[Gilgamesh]

De ce que je me souviens, le facteur d'échelle évolue différemment selon que le contenu de l'univers soit dominé par le rayonnement , par la matière ou par la constante cosmologique.
Je vais reformuler donc, est ce que l'évolution de l'impulsion des particules est dû au simple fait de l'accroissement de l'espace? Est-ce une question de degrés de liberté ? Ou bien est ce à cause d'interactions ?

Il n'y a aucune interaction à invoquer (le thé est dans un thermos parfaitement isolé !).
C'est un effet de l'évolution de la métrique le long de la ligne d'univers de la particule. Un effet de pure relativité générale.

[Gilgamesh]

parce que l'intérieur de l'étoile est trop chaud pour émettre dans le visible? ou trop froid?

L'idée que je développe un peu après est que pour former des étoiles, il faut que le gaz s'effondre sur lui-même sous l'effet de la gravité, et pour cela il faut qu'il soit dense et froid. La densité et la présence de poussière ont pour effet d'opacifier le milieu. Ci-dessous, un exemple avec la nébuleuse M17.

Une fois l'étoile formée, son cœur va monter à plusieurs millions de degrés, il sera donc monstreusement émissif (avec un pic dans le domaine X).

[jojo17]

Il n'y a aucune interaction à invoquer (le thé est dans un thermos parfaitement isolé !).
C'est un effet de l'évolution de la métrique le long de la ligne d'univers de la particule. Un effet de pure relativité générale.

La variation de l'impulsion des particules ne peut elle pas être dû à l'interaction avec un champ encore inconnu ( énergie noire)?

[jojo17]

Je pense,( merci wikipédia) à la théorie de l'oscillation photon-axion

[jojo17]

Bon ok, c'est une bêtise, oublions.

[Gilgamesh]

Comme je l'ai précisé, c'est un effet de relativité général dans le cadre d'une métrique FLRW, et qui s'applique à tout ce qui transporte de l'impulsion : matière, ondes électromagnétiques, ondes gravitationnelles... L'effet est entièrement expliqué dans un cadre théorique solide.

Si tu as le courage, tu peux visualiser la démonstration ici:

Relativity 110d: Cosmology - FLRW Geodesics, Cosmological Redshift, Horizons, Comoving Coordinates

La démonstration existe aussi page 55 dans le Cosmologie Primordiale de Peter & Uzan

[jojo17]

Merci Gilgamesh,
Ce ne serait pas une question de courage, mais de capacité.
Tu précises, " dans le cadre d'une métrique FLRW", est ce que certains modèles l'expliquent autrement ?

[Gilgamesh]

Merci Gilgamesh,
Ce ne serait pas une question de courage, mais de capacité.

Même si tu ne comprends pas tout, tu en tireras quand même quelque chose.

Tu précises, " dans le cadre d'une métrique FLRW", est ce que certains modèles l'expliquent autrement ?

Dans le cadre de la théorie de la relativité générale, la métrique d'un univers homogène et isotrope adopte c'est FLRW. Cette métrique est une solution générique, elle est contrainte par la théorie et le contenu de l'univers (il reste ensuite à en déterminer le courbure, dépendant de la densité d'énergie et la topologie, qui n'est pas contrainte par la théorie). Dans ce cadre, le redshift cosmo est complètement expliqué.

Si on change de théorie, on peut tout imaginer, mais bon, on va s'arrêter là.