Lumière du big Bang

[ModeH]

Bonjour à tous,
J'ai une petite question pour vérifier ma vision de l'astronomie.

Sachant que la lumière a une vitesse, l'observer revient à regarder des événements passés.
De mon point de vue, même si les moyens techniques progressent, il sera toujours impossible de voir la lumière "directe" du Big Bang.
J'ai mis un schéma en pièce jointe pour illustrer mon propos. L'axe (X) est colinéaire à la droite entre la Terre et le point "Bigbang". Le gros trais bleu c'est l'univers sur cet axe. L'axe (t) est la ligne de temps. Il commence à l'instant du Bigbang.
Je néglige 2 choses:

• La variation de la vitesse d'expension
• La courbure de l'espace-temps et autres effets relativistes.

A vous de me dire si cela change l'analyse qualitative du phénomène.

X_T : Position de la Terre par rapport au Bigbang sur l'axe X.
t_a : Aujourd'hui.
t₀ : L'instant le plus éloigné observable par lumière "directe".

En revanche, le fond diffus serait plus une lumière "indirect" du Bigbang issue de multiple réflexions, absorbsortions/ré-émissions et diffusions.

Est-ce que mon interprétation est correcte ?

Question subsidiaire:
Est qu'il existe une étude du fond diffus dans l'hypothèse d'un espace fini dans lequel la lumière qui ne ne serait jamais absorbé pourrait "revenir à son point de départ" ou plutot qui rencontrerait de la lumière émise en même temps (BigBang par exemple) mais qui elle aurait subie des absorbsortions/ré-émissions créant ainsi une superposition qui constituerait le fond diffus ?
Dans cette hypothèse, il serait aussi possible de voir la lumière directe du bigbang mais cette lumière aurait parcourue plus de distance que la distance qui nous sépare du point où le bigbang s'est produit.

Merci,
-----

[ModeH]

Up .

[Gilgamesh]

Est-ce que mon interprétation est correcte ?

Non .

Le Big Bang ne c'est pas produit en un point situable dans l'espace. Si c'était le cas, il serait curieux qu'il ne soit jamais fait mention de sa position sur la voute céleste.

L'expansion est un phénomène qui concerne tout l'espace ; l'espace où tu te tiens "fait partie du Big Bang", au sens où il fait partie de l'espace qui est entré en expansion. Si l'Univers actuel fait disons 10⁷⁹ m3, le mètre cube qui te contient faisait 10^-79 m3 quand l'univers tout entier tenait dans 1 m3.

C'est donc chaque partie de l'univers qui a émis le rayonnement de température décroissante a partir du début de l'expansion. Mais pendant ~0,4 Ma ce rayonnement était absorbé par l'opacité de la matière et ne se propageait pas librement. Puis l'univers est devenu atomique (formation des atomes) et par là transparent. Les photons émis à ce moment là ont pu se propager librement et ce que nous captons ce sont ces vénérables fossiles qui n'ont plus jamais été diffusés, ni absorbés.

Ils sont toutefois "distendu" par l'expansion. Ce qui fait que le rayonnement éblouissant des origines est décalé vers les grandes longueur d'onde, d'un facteur 1000 environ. Au moment où l'univers est devenu transparent, il rayonnait à T=3000 K, soit une longueur d'onde (en micron) de 3000/T = 1 micron (le proche infra rouge). Si ce rayonnement n'avait pas été redshifté, on se retrouverait dans un gigantesque four où aucune structure n'aurait pu s'assembler. La température ayant été divisé par 1000 par l'expansion, l'Univers rayonne à 3K, soit un rayonnement 3000/3 = 1 mm.

a+

[ModeH]

Merci pour votre réponse.
Mais le fait que l'on puisse voir le rayonnement originel dépend de la taille de l'univers à ce moment là et de la position relative de la Terre dans l'univers, non ? Car si tous les rayons de cet instant nous ont déjà pas dépassés on ne les verra pas (sans prendre en compte le fait que dans un univers fini il pourrait repasser par là comme le furet ). En gros après t₀ c'est bon, avant on ne le voit pas.
Est-ce que c'est correct ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

Merci pour votre réponse.
Mais le fait que l'on puisse voir le rayonnement originel dépend de la taille de l'univers à ce moment là et de la position relative de la Terre dans l'univers, non ?

Non, du tout. Le rayonnement est visible à toutes les époques, puisque c'est CHAQUE cm3 de l'univers qui l'a émis. En n'importe quel point de l'univers, si je me place disons 1 Ma après le moment où l'univers est devenu transparent, je vois le rayonnement émis sur la surface d'une coquille de 1 Mly de rayon centré sur ma position. Si je me place 2 Ma après, je vois le rayonnement émis su la surface d'une sphère de 2 Mly, etc.

Car si tous les rayons de cet instant nous ont déjà pas dépassés on ne les verra pas (sans prendre en compte le fait que dans un univers fini il pourrait repasser par là comme le furet ). En gros après t₀ c'est bon, avant on ne le voit pas.
Est-ce que c'est correct ?

Non, on voit toujours plus loin c'est tout.

Imaginez une foule immense qui frappe des mains, un seul coup, en t0 et qui cesse ensuite.

A temps t0+1s on n'entend ceux situé à ct = 330 m (c : vitesse de propagation du signal). Au temps t + 1 minute on entend ceux situé à 330*60s = 19,8 km, etc

Si la foule est infinie, l'intensité sonore ne baisse pas, car même si le signal individuel diminue d'intensité en d^-2, le nombre de personne qu'on entend augmente dans les même proportion (en réalité ce n'est pas vrai car le son diffuse dans un volume 3d, mais imaginons qu'il y ait un plafond qui renvoie le son parfaitement).

Dans le cas de l'univers, il faut rajouter un truc qui baisse réellement l'intensité sonore : il faut imaginer que la scène s'étend ainsi que l'air dans lequel le son voyage de sorte que sa longueur d'onde est "distendue", et devient de plus en plus grave, transportant de moins en moins d'énergie.

a+

[Pio2001]

Bonjour ModeH,

J'ai corrigé ton schéma pour donner une vision plus correcte de l'expansion de l'univers (théorie dite du "Big Bang", c'est la théorie qui s'est appelée ainsi par la force de l'usage, bien que le terme, complètement inapproprié, soit à l'origine un quolibet utilisé par l'un de ses détracteurs).

Aux temps t=10^-43 s, t=600000 ans, et t=aujourd'hui, l'univers est infini. Le trait bleu continue indéfiniment au-delà du diagramme, vers le haut et vers le bas.
Le temps t=10^-43 s est le temps le plus ancien où il est possible de concevoir un espace-temps. A ce stade, la concentration d'énergie est telle que l'espace-temps devient forcément quantique, or on n'a pas la moindre idée de ce qu'un espace-temsp quantique pourrait être.
Le temps t=0 est la prolongation de l'axe des temps au-delà de l'instant de plank. Cette partie du diagramme n'a pas de sens. Où disons plutôt qu'elle est carrément fausse, puisqu'on y a représenté un espace-temps "normal", et qu'on sait que ce n'est pas vrai.
La ligne bleue pointillée est une "singularité". Elle est infinie, et en même temps, toutes les dimentions y sont nulles. C'est un peu comme l'expression 0/0 en mathématiques. Le numérateur la fait tendre vers zéro, et le dénominateur vers l'infini. On dit que c'est une valeur "indéterminée".

La zone rouge est un objet quelconque non lié gravitationnellement. Quelques amas de galaxies, par exemple. Sa taille augmente avec l'expansion de l'univers, et il s'éloigne de nous.

La lumière du fond de rayonnement cosmologique a été émise par tout l'univers au temps t = 600 000 ans.
Sur Terre, que j'ai placée sur l'axe des x, on a pu d'abord voir la partie A de l'univers l'émettre.
Puis, plus tard, on a vu la partie B émettre ce rayonnement.
Aujourd'hui, on le voit toujours, mais c'est une partie de l'univers située sous le diagramme qu'on voit l'émettre.
Et ainsi de suite jusqu'à l'infini.

Si à cette époque l'univers avait eu une structure, comme les taches solaires, et qu'on puisse grossir l'image suffisamment, on verrait en fait une coupe transversale du contenu de l'univers en train de reculer sous nos yeux, dévoilant au fur et à mesure le contenu qui était caché un instant auparavant. L'ensemble constituant un scanner géant ayant enregistré la totalité, infinie, des vues en coupe, et nous les délivrant une par une jusqu'à l'infini des temps.

Si l'univers est fini, les rayons lumineux vont en effet en faire le tour plusieurs fois, nous délivrant les mêmes vues en coupe encore et encore tant que les photons tournent en rond.

[ModeH]

Merci à vous je crois bien avoir compris ce que je n'avais pas compris
Une dernière question:
Est-ce que dans la théorie du bigbang pour un espace infini il faut une quantité de matière/énergie infinie ?

[Gilgamesh]

Merci à vous je crois bien avoir compris ce que je n'avais pas compris
Une dernière question:
Est-ce que dans la théorie du bigbang pour un espace infini il faut une quantité de matière/énergie infinie ?

Il faut bien prendre garde à la notion d'infini. Quand tu vois "infini" en physique, il s'agit exclusivement de l'extension aux limites d'un modèle mathématique. Aucune physique de modélise l'infini, ce n'est pas un concept physique valide considéré en tant que tel (par contre il est très utile et d'emplois courant ).

Autrement, sur la question de l'énergie, c'est une question plutôt délicate appliquée à l'Univers considéré en son entier.

a+

[Pio2001]

Pour répondre plus prosaïquement, le modèle d'univers infini est homogène et isotrope, donc oui, il contiendrait une quantité infinie de masse-énergie.

Par opposition à un espace infini qui contiendrait un certain nombre de galaxies au milieu d'un vide infini. Il n'ya pas à ma connaissance de tel modèle cosmologique.

[ModeH]

Merci à vous