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Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?



  1. #1
    ar13menia

    Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?


    ------

    Bonsoir,
    Après avoir lu plusieurs articles sur fond diffus cosmologique je me suis demandé comment on pouvait le capter.
    Selon wikipedia la source de ce FDC est :

    " Selon le modèle du Big Bang, dans les premiers millénaires de son existence, l'Univers est notablement plus petit et comprend un plasma de particules (protons, électrons, photons...). Par la suite, il prend de l'expansion tout en refroidissant. 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. "


    Donc a partir de 380 000 ans les photons commence à s'échapper, ce que je ne comprend pas c'est que à ce moment la tous les atomes qui nous composes (nous, le soleil, notre galaxie et tout le reste) se trouve dans ce plasma de particule. En supposant que la vitesse d'expansion est plus faible que celle de la lumière :

    - Comment peut on voir le rayon de ce fond diffus si ce rayonnement ce déplace plus rapidement que les particules qui vont nous former plus tard ?

    - A 380 000 ans quand les photons ont réussi à s'échapper du plasma de particules (qui comporte l'univers dans son intégralité) dans quel "support" se sont ils déplacés ?

    -----

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  3. #2
    mizambal

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    hello. Je me pose la mm question et une autre donc encore pire peu etre ^^: perso je comprends pas que l'explosion big bang (je pense d'une durée très courte) soit visible pendant très longtemps, voire quasiment en continue pour ce qui du rayonnement fossile .. C chelou non ?

    Par exemple dans Rambo (le film) : à chaque fois quand ya une grenade qui explose bah tu sais que physiquement l'explosion elle va pas durer pas longtemps, et visuellement tu vois l'explosion pas longtemps non plus. Donc là du coup c'est cohérent ce genre de film est facile à comprendre physiquement parlant ^^

    Mais dans le cas du fond diffus cosmologique, je comprend rien, c pas cohérent du tout, pourquoi il est encore présent dans le ciel ?!! C n'importe quoi sérieux :/ c'est quoi le truc Mr le magicien ?

    le mieux ce serait de trouver une animation vidéo ... c pas faute d'avoir cherché .. Et je continue :P

  4. #3
    pm42

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    On capte les photons qui ont été émis à l'époque à une distance telle que compte tenu de l'expansion, ils ont eu juste le temps de nous rejoindre.

    De la même façon, les photons du CMB qui ont été émis à l'endroit où se trouve la Terre actuellement sont en ce moment "observés" très loin de nous.

    Pour mizambal, le Big Bang n'est pas une explosion. Tout l'Univers est dense et chaud et se dilate rapidement. Comparer avec une explosion de grenade amène forcément à des conclusions fausses.

  5. #4
    saint.112

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par ar13menia Voir le message
    " Selon le modèle du Big Bang, dans les premiers millénaires de son existence, l'Univers est notablement plus petit et comprend un plasma de particules (protons, électrons, photons...). Par la suite, il prend de l'expansion tout en refroidissant. 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. "
    Donc a partir de 380 000 ans les photons commence à s'échapper, ce que je ne comprend pas c'est que à ce moment la tous les atomes qui nous composes (nous, le soleil, notre galaxie et tout le reste) se trouve dans ce plasma de particule. En supposant que la vitesse d'expansion est plus faible que celle de la lumière :
    - Comment peut on voir le rayon de ce fond diffus si ce rayonnement ce déplace plus rapidement que les particules qui vont nous former plus tard ?
    - A 380 000 ans quand les photons ont réussi à s'échapper du plasma de particules (qui comporte l'univers dans son intégralité) dans quel "support" se sont ils déplacés ?
    Le topo de wiki disant que “les électrons forment une « mer » d'où les photons ne peuvent s'échapper“ prête à confusion.
    Prenons les choses à la base :
    Une particule atomique qui n'est pas à 0K (le zéro absolu) émet un rayonnement dont la fréquence est fonction de sa température. Par conséquent depuis le Big Bang chaque particule de l'univers émet des photons.
    Un plasma est opaque, tout rayonnement électromagnétique interférant avec les particules chargées. Par exemple une flamme est un plasma, elle est pratiquement opaque donc on ne pas voir à travers car les photons ne peuvent pas la traverser mais on la voit, autrement dit les photons peuvent s’en échapper car elle a un volume limité, autrement dit elle a des bords1.
    Dans les premiers temps après le Big Bang les conditions de température et de pression étaient telles que la matière, composée d'hydrogène et d'hélium, était ionisée, c'est à dire sous forme de plasma, c'est à dire avec les noyaux et les électrons séparés.
    Vers l'an 380 000, la température ayant suffisamment baissé, vers 3000 K, les noyaux et les électrons ont formé des atomes. C'est ce qu'on appelle la recombinaison, et ce gaz est devenu transparent, ce qu'on appelle aussi le découplage du rayonnement, car les atomes non ionisés sont neutres.
    L'univers était donc devenu un vaste nuage d'hydrogène et d'hélium neutre, quasi homogène, d'une température quasi uniforme, chaque atome émettant un rayonnement électromagnétique, avec un spectre de corps noir à 3000 K. Il ne faut donc pas perdre de vue que ça partait de partout dans toutes les directions : chaque atome dans tout l'univers émettait le même rayonnement à un minuscule poil près. Autrement dit le rayonnement de chaque atome de tout l'univers pouvait se propager dans toutes les directions dans un milieu désormais transparent. Donc il ne “s’échappait“ pas du plasma car il n’y avait plus de plasma.
    Sachant que nous sommes en un point A de l'univers et que celui-ci a connu un accroissement de volume considérable, nous recevons aujourd'hui les photons des atomes répartis sur une sphère ayant A pour centre, tels qu'ils ont mis plus de 13 milliards d'années pour nous parvenir. Autrement dit pour des ET vivant quelque part sur cette sphère nous sommes sur leur fond diffus.
    Du fait de la distance et de la vitesse de récession la température de couleur de ce rayonnement, autrement dit sa fréquence, a considérablement diminué et nous apparait à ~2,7 K.

    Nico

    1) C'est ce qui se produit quand un engin spatial comme la navette rentre dans l'atmosphère. L'échauffement de l'air par le frottement est tel qu'il est entouré d'un plasma qui bloque toute communication radio. Il subit donc un black-out le temps que l'échauffement diminue.
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  6. #5
    ar13menia

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Merci beaucoup pour vos réponses
    c'est pour cela que ou que l'on regarde dans le ciel pour y trouvera des traces de ce fond diffus ?

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    pm42

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par ar13menia Voir le message
    -
    c'est pour cela que ou que l'on regarde dans le ciel pour y trouvera des traces de ce fond diffus ?
    Oui c’est pour cela.

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  10. #7
    saint.112

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par ar13menia Voir le message
    Merci beaucoup pour vos réponses
    c'est pour cela que ou que l'on regarde dans le ciel pour y trouvera des traces de ce fond diffus ?
    Tu as certainement regardé l’article Fond diffus cosmologique et en particulier la section Missions d'observations.
    Ce ne sont pas seulement des traces c’est la quasi totalité du fond diffus qui a été cartographiée par les satellites COBE et WMAP. C’est un des cas emblématiques d’une prédiction théorique confirmée expérimentalement.
    Nico
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  11. #8
    Tryss2

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Une image (très imparfaite) : tu places des millions de haut parleurs (très puissants) à 10m les uns des autres (sur un quadrillage), et à 00:00 pile, tu les fait tous émettre le même son (extrêmement fort) pendant un court instant. Tu entendra des sons pendant longtemps, alors qu'ils ont tous été émis au même moment.

    NB : Dans cette image, il n'y a pas d'expansion de "l'univers", le CMB serrait toujours à 3000K (si il y avait expansion de "l'univers" dans l'analogie, le son deviendrait de plus en plus grave )
    Dernière modification par Tryss2 ; 08/10/2019 à 15h51.

  12. #9
    saint.112

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par Tryss2 Voir le message
    Une image (très imparfaite) : tu places des millions de haut parleurs (très puissants) à 10m les uns des autres (sur un quadrillage), et à 00:00 pile, tu les fait tous émettre le même son (extrêmement fort) pendant un court instant. Tu entendra des sons pendant longtemps, alors qu'ils ont tous été émis au même moment.

    NB : Dans cette image, il n'y a pas d'expansion de "l'univers", le CMB serrait toujours à 3000K (si il y avait expansion de "l'univers" dans l'analogie, le son deviendrait de plus en plus grave )
    À 3000K ça doit serrer à mort !
    Si le fond paraissait toujours à 3000K, le ciel serait sans doute d’un rouge vif de jour comme de nuit. On se croirait dans une BD de Druillet. Il ferait sans doute assez chaud. On n’aurait plus besoin de sortir en boite.
    Ce serait intéressant de faire une simulation.
    Nico
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  13. #10
    pm42

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par saint.112 Voir le message
    Il ferait sans doute assez chaud
    Oui, plus de 3000K...

  14. #11
    zebular

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Heureusement,dans notre référentiel on a refroidi alors que les photons du CMB sont juste refroidis par leur vitesse d'éloignement sur notre référentiel..
    me trompe-je?

  15. #12
    mizambal

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Hey ! trouvé ceci ya 5 minutes, on dirait que ça répond clairement aux questions posées en #1 et #2 : https://fr.wikipedia.org/wiki/Surfac...A8re_diffusion
    Dernière modification par mizambal ; 08/10/2019 à 21h25.

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  17. #13
    zebular

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Ben,ça pose les même questions sous une forme plus académique.
    Les réponses seront aussi académiques mais je n'ai pas les capacités pour les exprimer sans erreurs de protocole
    Dernière modification par zebular ; 08/10/2019 à 21h34.

  18. #14
    Gilgamesh

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par zebular Voir le message
    Heureusement,dans notre référentiel on a refroidi alors que les photons du CMB sont juste refroidis par leur vitesse d'éloignement sur notre référentiel..
    me trompe-je?
    Les photons forment un gaz uniforme, ceux que tu captes, par construction se dirigeaient en plein vers toi, tu ne peux donc pas dire qu'ils sont refroidis parce qu'il s'éloignent de toi. Ils refroidissent (leur longueur d'onde augmente) parce qu'ils se propagent dans un univers en expansion. C'est un pur effet de relativité générale. Le rapport de température entre l'émission et la réception est le rapport du facteur d'échelle entre réception et émission. Si tu reçois un photon émis à un moment où l'univers était dix fois plus petit, la température du rayonnement mesurée de la source sera dix fois plus petite.
    Parcours Etranges

  19. #15
    mizambal

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    hello. spa un peu bizarre de dire qu'un photon refroidi ?
    En effet j'ai appris hier qu'un photon ne se déplace pas dans le temps, mais uniquement dans l'espace.
    Je veux dire : comment peut t il voir son état (température ou autre) évoluer dans le temps, étant lui mm figé dans le temps ?

  20. #16
    Jiav

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par Tryss2 Voir le message
    Une image (très imparfaite) : tu places des millions de haut parleurs (très puissants) à 10m les uns des autres (sur un quadrillage), et à 00:00 pile, tu les fait tous émettre le même son (extrêmement fort) pendant un court instant. Tu entendra des sons pendant longtemps, alors qu'ils ont tous été émis au même moment
    Jolie image! Si en plus chaque élément s'éloigne à une vitesse proportionnelle à sa distance, cela devrait reproduire (à peu près) la chute d'énergie/fréquence avec le temps.
    Dernière modification par Jiav ; 08/10/2019 à 23h26.
    L'été vient.

  21. #17
    saint.112

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par mizambal Voir le message
    Hey ! trouvé ceci ya 5 minutes, on dirait que ça répond clairement aux questions posées en #1 et #2 : https://fr.wikipedia.org/wiki/Surfac...A8re_diffusion
    Cet article est en effet bien plus clair et pédagogique que celui sur le fond diffus.
    Nico
    Travailler dur n'a jamais tué personne, mais je préfère ne pas prendre de risques.

  22. #18
    zebular

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par mizambal Voir le message
    hello. spa un peu bizarre de dire qu'un photon refroidi ?
    En effet j'ai appris hier qu'un photon ne se déplace pas dans le temps, mais uniquement dans l'espace.
    Je veux dire : comment peut t il voir son état (température ou autre) évoluer dans le temps, étant lui mm figé dans le temps ?
    Comme le précise Gilgamesh,ce n'est pas le photon qui refroidi mais la vision qu'on en a au travers de l'expansion de l'espace

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  24. #19
    mach3

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par mizambal Voir le message
    hello. spa un peu bizarre de dire qu'un photon refroidi ?
    En effet j'ai appris hier qu'un photon ne se déplace pas dans le temps, mais uniquement dans l'espace.
    Je veux dire : comment peut t il voir son état (température ou autre) évoluer dans le temps, étant lui mm figé dans le temps ?
    La température, enfin plutôt, la longueur d'onde ou la fréquence du rayonnement, ou encore l'énergie du photon dans notre référentiel n'est pas une propriété du rayonnement ou du photon, mais une relation qu'on a avec lui (tout comme la vitesse pour les corps massifs). La température du rayonnement est relative à l'observateur.

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  25. #20
    Deedee81

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Salut,

    Petite précision. C'est exactement comme l'effet Doppler. Un photon de fréquence nu (et donc d'énergie E=h.nu) sera vu a une fréquence plus basse (comme pour le son des sirènes de pompiers) par un observateur en mouvement relatif qui s'éloigne. Et donc aussi avec une énergie plus faible. Rien d'anormal, l'énergie cinétique étant relative. Si je regarde une boule de bowling posée sur le plancher dans un train où je suis assis, la boule est immobile par rapport à moi, son énergie cinétique est nulle. Mais quelqu'un sur le quai verrait le train passer à grande vitesse et aussi la boule de bowling qui pour lui a donc une grande énergie cinétique (il ne faudrait d'ailleurs pas qu'il reçoive la boule dans la tronche à cette vitesse,... ou le train ).

    La température d'un gaz de photons (ou tout autre substance d'ailleurs) étant une image de l'énergie cinétique (avec la relation E=n.k.T, k constante de Boltzmann et n le nombre de degrés de libertés de la particule) on comprend que cet effet donne aussi une température apparente.

    Deux précisions encore. L'analogie avec l'effet Doppler a ses limites car l'expansion de l'univers est un effet relativiste qui ne se comporte comme une "vitesse de récession" qu'à "courte" distance (quelques milliards d'AL lumière quand même). L'effet du décalage pour le rouge est plutôt semblable au décalage vers le rouge gravitationnel : le photon perd de l'énergie en sortant du puits de potentiel gravitationnel, que ce soit celui de la Terre (décalage des horloges GPS), celui des étoiles (décalages des raies spectroscopiques) ou celui de l'univers (expansion).

    Enfin, dans l'expansion on a deux effets : le décalage vers le rouge, donc, mais aussi une "dilution" du nombre de photons dû à l'expansion. Les deux effets se conjuguent pour garder au rayonnement fossile l'aspect d'un rayonnement de corps noir. Et donc il est légitime de parler de rayonnement fossile à (actuellement) 4K.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)

  26. #21
    Gilgamesh

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par Deedee81 Voir le message
    rayonnement fossile à (actuellement) 4K.
    Un peu moins

    T = 2,7260 ± 0,0013 K
    Parcours Etranges

  27. #22
    mach3

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Un peu moins

    T = 2,7260 ± 0,0013 K
    4K c'est peut-être en Kelvin belge?

    Pardon je sors

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  28. #23
    likethat

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Salut, je me permets d'intervenir pour poser une question suite à deux remarques qui m'ont interpellé.

    Tout d'abord Mach3 a écrit (désolé toujours pas trouvé la fonction citer sur ce forum...) : "La température du rayonnement est relative à l'observateur."

    puis Deedee de compléter avec cet exemple: "Si je regarde une boule de bowling posée sur le plancher dans un train où je suis assis, la boule est immobile par rapport à moi, son énergie cinétique est nulle. Mais quelqu'un sur le quai verrait le train passer à grande vitesse et aussi la boule de bowling qui pour lui a donc une grande énergie cinétique (il ne faudrait d'ailleurs pas qu'il reçoive la boule dans la tronche à cette vitesse,... ou le train )."

    En interprétant littéralement ces deux affirmations, je suis porté à croire que si je me déplace dans la même direction qu'une OEM son rayonnement sera, relativement à moi, moins énergétique que si je ne me déplaçais pas ou alors dans la direction contraire. Est-ce cela?

    Par ailleurs cela signifierait-il par exemple, qu'un rayonnement qui serait qualifié d'UV pour un observateur immobile, et qui se propagerait dans la même direction que celle que j'arpenterais moi-même à une vitesse relativiste, serait, pour moi, un rayonnement moins énergétique et donc plus nécessairement un UV?

    Autrement dit si je me déplace assez vite dans la bonne direction, le soleil ne devrait plus me faire bronzer?!

  29. #24
    likethat

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    * j'ajouterais, pour me contredire avant que les autres ne le fassent à leur tour, que j'ai probablement encore mal compris, car la vitesse de la lumière étant invariante, les OEM se déplacent toujours à c par rapport à moi, quelle que soit ma vitesse.

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  31. #25
    mach3

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    C'est "simplement" l'effet Doppler. Si on s'éloigne d'une source lumineuse elle se décale vers le rouge et si on s'en approche, elle se décale vers le bleu. Ca reste valable pour le redshift gravitationnel ou le redshift cosmologique, la notion de "s'éloigner" ou "s'approcher" devenant juste un peu plus alambiquée (cause courbure, transport parallèle, etc).

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  32. #26
    likethat

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    donc si je suis à l'arrêt et reçois des rayons UV, puis que je m'éloigne de ces rayons UV suffisamment vite, alors ce ne seront plus des rayons UV, du moins pour moi?

  33. #27
    mach3

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par likethat Voir le message
    donc si je suis à l'arrêt et reçois des rayons UV, puis que je m'éloigne de ces rayons UV suffisamment vite, alors ce ne seront plus des rayons UV, du moins pour moi?
    oui. enfin pour être plus correct, disons à l'arrêt par rapport à la source (parce que "à l'arrêt" tout court, ça n'a pas de sens physique) et ensuite qu'il y a éloignement de la source (parce que s'éloigner des rayons n'est pas possible vu qu'ils vont plus vite quoiqu'il arrive). Ou encore, à l'arrêt dans un référentiel donné et ensuite en mouvement dans ce référentiel avec une vitesse dans la même direction et sens que le rayonnement dans ce référentiel (on est pas obligé de réfléchir par rapport à la source).

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  34. #28
    likethat

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    ok. Donc la vitesse des OEM dans le vide est invariante, mais leur énergie ne l'est pas, c'est bien cela?
    (sorry pour le HS, j'arrête ensuite promis!)

  35. #29
    mach3

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Citation Envoyé par likethat Voir le message
    ok. Donc la vitesse des OEM dans le vide est invariante, mais leur énergie ne l'est pas, c'est bien cela?
    (sorry pour le HS, j'arrête ensuite promis!)
    c'est ça.

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  36. #30
    Deedee81

    Re : Comment peut on observer le fond diffus cosmologique ?

    Salut,

    Citation Envoyé par mach3 Voir le message
    4K c'est peut-être en Kelvin belge?
    Il s'est fait naturalisé ?

    Mein Gott !!!! Sacrée réminiscence. Curieux la la mémoire. 4K est la toute première estimation. Evidemment améliorée (2.7 K). Je n'avais pourtant pas relu de documents historiques.

    Citation Envoyé par likethat Voir le message
    Par ailleurs cela signifierait-il par exemple, qu'un rayonnement qui serait qualifié d'UV pour un observateur immobile, et qui se propagerait dans la même direction que celle que j'arpenterais moi-même à une vitesse relativiste, serait, pour moi, un rayonnement moins énergétique et donc plus nécessairement un UV?
    +1
    C'est vrai du rayonnement fossile d'ailleurs, très riches en UV, lumière visible, infrarouge, à son origine (pour un observateur comobile) et qui maintenant est reçu comme un simple rayonnement radio.
    Pour des objets extrêmement éloignés on a aussi des "décalages vers le rouge" particulièrement fort. On le note par z :

    1+z=longueur d'onde observée / longueur d'onde émise

    On a ainsi des z de 7.7 https://www.futura-sciences.com/scie...e-tombe-58175/
    (on a fait mieux depuis, une observation récente des galaxies quasi primordiales, on y est presque, mais je ne connais pas le z)

    Notons que le rayonnement fossile fait mieux :
    z=1100
    On peut pas mieux (en tout cas dans l'espace, puisque avant l'émission du rayonnement fossile l'univers était opaque)

    (les z là c'est pas ma mémoire, j'ai fait quelques recherches, merci Futura et Wikipedia)

    (attention, je rappelle ce que j'ai dit ci-dessus, pour des z aussi grands la comparaison à Doppler est fautive, il y a des écarts, ici il s'agit plutôt de décalage vers le rouge gravitationnel dû à l'expansion.... mais bon, ce n'est qu'un détail un peu technique et d'ailleurs mouvement ou pas ce n'est jamais qu'une question de choix de coordonnées.... enfin, sauf quand on reçoit la boule de bowling dans la gu.... )

    Citation Envoyé par likethat Voir le message
    Autrement dit si je me déplace assez vite dans la bonne direction, le soleil ne devrait plus me faire bronzer?!
    Oui, mais je te dis pas le PV
    Dernière modification par Deedee81 ; 10/10/2019 à 07h56.
    Tout est relatif, et cela seul est absolu. (Auguste Comte)

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