Que fait le photon...

[Eultoph]

Bonjour,
Lors d'une conférence, j’apprends que l'univers est en expansion,
et que cette expansion donne l'impression que les galaxies les plus lointaines semblent s’éloigner de nous à des vitesse vertigineuses proches de c.
Ma question est, comment se comporte un photon provenant d'une de ces galaxie dans un univers en expansion ?
La distance qui nous sépare de l’émetteur de ce photon augmentant en permanence par expansion de l'univers lui même, que devient c ?
J’espère avoir été assez clair.

Merci
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[jiherve]

bonsoir
ben le photon continue sa route à C mais nous ne le verrons jamais!
JR

[Gilgamesh]

Bonjour,
Lors d'une conférence, j’apprends que l'univers est en expansion,
et que cette expansion donne l'impression que les galaxies les plus lointaines semblent s’éloigner de nous à des vitesse vertigineuses proches de c.
Ma question est, comment se comporte un photon provenant d'une de ces galaxie dans un univers en expansion ?
La distance qui nous sépare de l’émetteur de ce photon augmentant en permanence par expansion de l'univers lui même, que devient c ?
J’espère avoir été assez clair.

Merci

La vitesse du photon est immuable, c'est toujours c.

Par contre il perd de l'énergie car sa longueur d'onde λ augmente. L'énergie d'un photon c'est E = hc/λ

L'augmentation de la longueur d'onde est directement proportionnelle au facteur d'échelle de l'univers : λ/λ_i = a/a_i

Si on imagine un photon émis à la longueur d'onde initiale λ_i= 1 µm. Quelques milliards d'année plus tard tu recueilles ce photon à une longueur d'onde 1000 fois plus grande (λ = 1 mm), et donc à une énergie 1000 fois plus faible. Cela implique que entre le moment de l'émission et celui de la réception l'univers a crû d'un facteur a/a_i = 1000.

Si le photon est trop éloigné de nous au départ, il ne ne parviendra jamais jusqu'à nous. On peut calculer la distance la plus éloignée à laquelle un photon (où tout autre particule se propageant à c) émis au premier instant de l'expansion pourrait nous parvenir. Cela correspond a une distance actuelle de 46 milliards d'années-lumière. Voir détail de calcul ici :
https://forums.futura-sciences.com/a...de-hubble.html

[Eultoph]

si j'ai bien compris, le spectre de la vision humaine étant environ
entre 380 et 780 nanomètres, les photons deviennent invisibles pour nos yeux assez "rapidement"
en allant vers le rouge (le fameux red shift)
et c'est sans doute pour cela que la nuit est noire malgré le nombre de galaxies dans notre univers.
Tout s’éclaire si je puis dire.

Merci pour votre explication.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pio2001]

Le taux d'expansion varie avec le temps, si bien que certains photons émis au départ dans notre direction ont vu leur distance par rapport à nous augmenter pendant un certain temps à cause de l'expansion de l'espace, avant de diminuer à nouveau.

[Lansberg]

...les galaxies les plus lointaines semblent s’éloigner de nous à des vitesse vertigineuses proches de c.

et même largement supérieures à c !

[Gilgamesh]

si j'ai bien compris, le spectre de la vision humaine étant environ
entre 380 et 780 nanomètres, les photons deviennent invisibles pour nos yeux assez "rapidement"
en allant vers le rouge (le fameux red shift)
et c'est sans doute pour cela que la nuit est noire malgré le nombre de galaxies dans notre univers.
Tout s’éclaire si je puis dire.

Merci pour votre explication.

Oui effectivement l'explication la plus profonde que la nuit est noire est que l'univers est en expansion. L'univers est né extraordinairement brillant. Si l'expansion n'avait pas redshifté la lumière émise au moment du découplage (où l'univers devient transparent) nous serions dans un four à 3000 K et on verrait le ciel de cette teinte là :



Bon en fait on ne verrait rien parce qu'on ne serait jamais né, ni la Terre, ni ne Soleil

Et par ailleurs, le fait qu'on ait un horizon qui limite le périmètre de l'univers visible fait que le paradoxe de la nuit noire est déjoué (et ce même si on imagine que l'univers au delà de l'horizon des particule soit suffisamment vaste pour que toute ligne de visée finisse sur une étoile).

[Eultoph]

Pour en revenir au voyage du photon,
une autre question me taraude.
La trajectoire de la lumière étant modifiée par les champs gravitationnelles,
voyons nous la réalité en observant les objets lointains ?
On pourrait imaginer une toute autre topographie sans l'influence des étoiles ou trous noirs
ou autres lentilles gravitationnelles sur ce que nous observons.

[pm42]

La trajectoire de la lumière étant modifiée par les champs gravitationnelles,
voyons nous la réalité en observant les objets lointains ?

Globalement oui. Parce que les champs gravitationnels n'ont une influence que locale. Donc si on regarde une galaxie lointaine et qu'il n'y a pas une grosse masse localisée entre elle et nous, on la voit "telle quelle".
Et s'il y a une telle masse, on voit son effet.

On pourrait imaginer une toute autre topographie sans l'influence des étoiles ou trous noirs

Il faut plus qu'une étoile pour avoir un effet significatif, plutôt une galaxie. Quand aux trous noirs, ils sont en général à l'intérieur des galaxies, ne représente qu'une petite fraction de la masse et sont tellement compacts que leur influence est plus limitée.

On a même cherché des petits trous noirs de cette façon pour voir s'ils composaient une partie significative de la matière noire et la réponse est non.

[Eultoph]

Bon, et bien voila deux questions qui me travaillaient depuis un moment résolues.
Merci pour vos réponses rapides et claires,
accessibles à un non scientifique comme moi.