taille et expansion

[invite66bd104b]

Bonjour

J'ai lu pas mal d'article de vulgarisation relatif à la taille de l'univers, son âge, l’âge des plus vielles galaxie observable et l'expansion et j’ai toujours du mal saisir certains détails.
Les galaxies les plus éloignées sont à environ 13 milliards d'années-lumière et l’univers observable est de 46,6 milliards d'années-lumière. L’âge de l’univers est de moins de 14 milliards d’années.
L’expansion de l’univers (homogène ?) expliquant la taille de l’univers, celle-ci étant très rapide au début puis moins rapide bien qu’étant toujours en expansion.

J’espère ne pas me tromper jusque-là

Maintenant, comment une (des) galaxie formée d’étoiles, elles même provenant de l’effondrement de nuages gazeux ont pu se former quelques centaines de millions d’années après le Bigbang alors que l’expansion de l’univers était encore très importante. Les nuages gazeux n’auraient-ils pas dû se diluer ?
Si les nuages se sont effondrés cela signifie que la gravite (force) est plus forte que l’expansion ? pourquoi y a-t-il expansion ? A quel moment la gravitée est plus forte que l’expansion et vice et versa ?

Autre question connexe, comment de la lumière émise il y a 13 mds d’années alors que la taille de l’univers était encore modeste n’a pas pu "nous" atteindre plus tôt ?

Ne serait-il pas plus simple d’imaginer un univers en forme de sphère évidée (ou de tore) en expansion constante ou pas ?
Cela pourrait expliquer l’accélération apparente de l’expansion de l’univers, la taille de l’univers observable ou l’âge des plus vielles étoiles / galaxies...

Jerome
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[Deedee81]

Salut,

Bienvenue sur Futura.

La première question a été abordée il y a peu :

https://forums.futura-sciences.com/q...expansion.html

Pour la taille de l'univers, c'est l'univers observable qui fait 13.6 AL (visuellement, les 46.6 c'est la position des galaxies qui se sont éloignées durant cette période mais qu'on ne peut pas encore voir).
Mais on ne connait pas la taille complète de l'univers probablement beaucoup beaucoup plus grande (voire infinie).
Et donc quand l'univers avait 380000 ans (émission du rayonnement fossile) il était déjà gigantesque. On reçoit actuellement le rayonnement fossile émit à cette époque à 13.6 milliards d'AL de nous.

L'univers n'est pas plus petit car sinon le rayonnement nous apparaitrait comme dans un palais des glace, en ayant fait plusieurs fois le tour de l'univers avant de nous atteindre (voir le modèle dodécaédrique de Luminet par exemple). Et ça se remarquerait pas des corrélations importantes à grand angle dans le rayonnement fossile..... et ce n'est pas constaté.

[Gilgamesh]

Bonjour

J'ai lu pas mal d'article de vulgarisation relatif à la taille de l'univers, son âge, l’âge des plus vielles galaxie observable et l'expansion et j’ai toujours du mal saisir certains détails.
Les galaxies les plus éloignées sont à environ 13 milliards d'années-lumière et l’univers observable est de 46,6 milliards d'années-lumière. L’âge de l’univers est de moins de 14 milliards d’années.

L’expansion de l’univers (homogène ?) expliquant la taille de l’univers, celle-ci étant très rapide au début puis moins rapide bien qu’étant toujours en expansion.

J’espère ne pas me tromper jusque-là

Si, pour ce qui est en gras. Ce que ça désigne c'est le temps de trajet de la lumière. Cela ne permet pas d'en déduire une distance univoque. Il faut en considérer deux : la distance à l'émission (distance angulaire) et celle à la réception (distance comobile). Les 46,6 Gal représentent justement une distance comobile.

Voir ci-dessous

Maintenant, comment une (des) galaxie formée d’étoiles, elles même provenant de l’effondrement de nuages gazeux ont pu se former quelques centaines de millions d’années après le Bigbang alors que l’expansion de l’univers était encore très importante. Les nuages gazeux n’auraient-ils pas dû se diluer ?
Si les nuages se sont effondrés cela signifie que la gravite (force) est plus forte que l’expansion ? pourquoi y a-t-il expansion ? A quel moment la gravitée est plus forte que l’expansion et vice et versa ?

Il y a en effet une compétition entre les deux, et cela se modélise. Ca marche si on ajoute un gros paquet de matière noire.

Autre question connexe, comment de la lumière émise il y a 13 mds d’années alors que la taille de l’univers était encore modeste n’a pas pu "nous" atteindre plus tôt ?

Parce que les distances se sont allongées devant son nez

Repost sur ces notions de distances dans un univers en expansion


les différentes notions de distances en cosmologie

1- La première notion de distance est en fait un temps : le temps de trajet du photon (ou temps de regard en arrière). C'est celle qui est donnée usuellement, en années-lumière. Il s'agit bien d'année qu'a passé le photon dans l'espace, pour nous parvenir. Mais à quelle distance en mètre cela correspond ?

Dans un univers en expansion, il n'y a pas de définition univoque de la distances, il y en a deux (plus une troisième qu'on verra après).

2- la distance entre les objets au moment de l'émission du photon (distance dite angulaire) Da
3- la distance entre les objets au moment de la réception du photon (distance dite comobile) Dc.

La distance angulaire Da est ainsi nommé parce que c'est celle qu'il faut prendre en compte pour juger de la taille angulaire de l'objet source sur la voute céleste. L'angle alpha (sous lequel on observe l'objet de taille h est :

alpha = h/Da
(pour les petits angles)


Donc, quand le photon a été émis, la source était la la distance Da de l'endroit où nous sommes. Et à ce moment là, le taux d'expansion H(t) était plus élevé que maintenant. Le photon "remonte" donc un "flot d'espace" comme un saumon remonte la rivière (à une vitesse propre constante : c) pour arriver jusqu'à nous.

En même temps qu'il progresse difficilement vers le futur observateur, la distance qui le sépare de sa source augmente plus vite que ct. Car en plus de la distance parcourue par les moyens propres du photons (soit ct) il faut ajouter la distance que rajoute l'expansion. Quand le photon-saumon regarde dans son rétroviseur, il voit une source qui s'éloigne de plus en plus vite de lui, quoique sa vitesse propre soit constante.

Quand il arrive à l'observateur et achève sa glorieuse (quoique monotone) existence sur la rétine de l'observateur, il a parcouru par ses moyens propres ct = 13 Gal mais la source est bien plus éloignée que cela désormais. Et cette distance réelle est ce qu'on appelle la distance comobile. C'est la distance à laquelle se trouve aujourd'hui la source, après 13 Ga d'expansion.

Le ratio entre Da la distance angulaire (à l'émission) et Dc la distance comobile (à la fin du trajet) est extrêmement simple à calculer, il est égal par définition au facteur d'expansion a0/a = 1 + z, a0 étant n'importe quelle distance mesurée aujourd'hui et a la même distance au moment de l'émission, z étant le décalage vers le rouge.

Dc = Da (1 + z)


4- Distance de luminosité
Les objets lointains nous apparaissent comme étant très proches (Da relativement petit) mais par contre il sont beaucoup moins lumineux que ce que leur taille angulaire pourrait laisser supposer, car le photon-saumon en luttant contre le flot d'espace qui défilait sous lui, a perdu du 'gras', c'est à dire de l'énergie. Il arrive exténué à l'observateur : c'est le décalage vers le rouge z. De façon totalement équivallente, ça nous fait mesurer la température de la source du rayonnement plus froide qu'à l'émission. On définit donc une distance de luminosité Dl qui est celle qu'il faut prendre en compte pour savoir combien d'énergie va arriver au récepteur depuis la source. C'est Dl qui nous donne la magnitude de l'objet. La encore c'est très facile à calculer avec le z :

Dl = Da (1 + z)²


Ainsi, un objet qui nous parait, d'après sa taille être situé à mettons Da = 1 Gal avec un z = 6 est situé aujourd'hui à une distance de Dc = 1 Gal * (1 + 6) = 7 Gal et l'énergie qui nous en parvient est la même que s'il était situé à 1 Gal (1 + 6)² = 49 Gal.

Pour savoir quel est le temps de regard en arrière (ou temps de trajet du photon), il faut intégrer H(t) et cela dépend cette fois ci du modèle d'expansion que l'on choisit.

[Mailou75]

Salut,

Pour qu’il n’y ait pas d’incohérence avec la réponse de Gilga :

Pour la taille de l'univers, c'est l'univers observable qui fait 13.6 AL (visuellement

Ceci ne veut pas dire grand chose, l’univers a 13,7Gannées, rien de visuel ataché à ce nombre. (sauf distance parcourue par un photon pendant cette durée). Visuellement les points les plus éloignés sont à Da=5,77Gal.

les 46.6 c'est la position des galaxies qui se sont éloignées durant cette période mais qu'on ne peut pas encore voir).

Si, c’est le CMB et on le voit. S’il il est question de voir leur présent ce ne sera jamais le cas car l’horizon des évènements est à environ 15Gal : on pourra un jour voir le présent de tout ce qui est inférieur à cette distance mais pas au delà.

Et donc quand l'univers avait 380000 ans (émission du rayonnement fossile) il était déjà gigantesque. On reçoit actuellement le rayonnement fossile émit à cette époque à 13.6 milliards d'AL de nous.

Le CMB a été émis depuis une Da=42 millions d’al et c’est à cette distance qu’on le «voit». Sa Dc=45,7Gal et son shift z+1=Dc/Da~1100

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6c250b59]

Da=42 millions d’al

millioaanaarrdd

[Mailou75]

Non, c’est bien 42 millions d’al et 45,7 milliard d’al le rapport des deux donnant le shift du CMB ~1100

[invite6c250b59]

D'accord, my bad. Merci!

[invite66bd104b]

Super merci

C'est deja beaucoup plus clair.
Donc quand on parle d'une galaxie (EGSY8p7) de 13,2 milliard d'annee avec un decalage de 8,68, on parle de Dc ? Da = 1,5 Gal

A+

[Mailou75]

Arf non le 13,2 c’est Dlt (distance lookback time) c’est à dire une durée fois c qui n’est pas une distance concrète. En fait on donne son âge 13,7-13,2=0,5 milliards d’année (vu ou à l’emission c’est pareil).

[Mailou75]

Cet outil très pratique http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html (merci Ned) nous dit qu’un objet avec un z=8,68 (attention pas z+1) a une Dlt=13,14Gal, une Da=3,14Gal et une Dc=30,44Gal. Vérif 30,44/3,14=8,68 + 1.

[Lansberg]

...a une Dlt=13,14Gal...

13,14 G.ans. C'est une durée de voyage de la lumière (ce qui est noté "light travel time").
C'est cette durée qui est souvent interprétée en distance de l'objet (Dltt) qui a émis la lumière, ce qui prête à confusion.

[invite66bd104b]

ok Merci
En plus de la formule il y a toutes les definitions, c'est pratique

[Nicophil]

Visuellement les points les plus éloignés sont à Da=5,77Gal.

Le modèle dit que la Da est (ou plutôt serait)** trompeuse quant à l'éloignement.


** De toute façon, "visuellement", on voit surtout de la luminosité et du redshift.

[invite66bd104b]

a cause du modele ou de la qualite du signal ?

[Nicophil]

On n'a pas de standard pour comparer.

[Mailou75]

Le modèle dit que la Da est (ou plutôt serait)** trompeuse quant à l'éloignement.
** De toute façon, "visuellement", on voit surtout de la luminosité et du redshift.

La Da a la même définition qu’en astronomie ou qu’au quotidien, c’est la taille angulaire sur le champ visuel d’un objet de taille connue qui permet d'évaluer sa distance. Le seul paramètre inconnu est la taille réelle de ce qu’on observe sur lequel on fait des suppositions. La réalité est qu’on mesure mal la taille d’un «point» à grande distance mais de nouvelles techniques voient le jour pour gagner en précision, ou contourner le problème (je ne suis pas tres au fait). Il est vrai qu’on mesure surtout le z+1 et la Dl. La Da est aussi utilisée dans la mesure des BAO (oscillation acoustiques du CMB) et c’est à mon sens une preuve de validité du modèle, si tout ceci est juste... Je ne vois donc pas ce que tu entends par «trompeuse» puisque le modèle s’autovalide par le biais de la Da.

[Gilgamesh]

On n'a pas de standard pour comparer.

On a une règle standard avec les pic acoustiques du CMB (bien mesuré) qui se traduisent plus tard par un spectre de répartition des galaxies légèrement affecté par les BAO (Baryon acoustic oscillations) qui sont déjà correctement mesurés et encore mieux demain.

je laisse Françoise Combe expliquer ça dans le cadre de la mission Euclid :

https://youtu.be/zbT7Y6U9klo?t=2578

[invite66bd104b]

tres interessant, domage que la camera se focalise plus sur la presentatrice que sur les slides.

[zebular]

tres interessant, domage que la camera se focalise plus sur la presentatrice que sur les slides.

Pas trés flatteur pour la chercheuse..

[Deedee81]

Pas trés flatteur pour la chercheuse..

Ou trop flatteur

[invite6c250b59]

Au risque d'être grincheux: se faire juger sur son physique après 20 ans d'études de la physique, perso je ne trouverais pas ça flatteur.

[invite66bd104b]

Aucun jugement sur le physique dela scientifique. Seulement dans les presentations scientifique (ou autre) on montre les slides afin de suivre et comprendre la presentation.